Від викидів до пального. Штучний інтелект відкрив тисячі нових перспективних реакцій на мідному каталізаторі

Міжнародна група вчених з Індійського інституту науки (IISc) здійснила прорив у галузі екологічних технологій, поєднавши можливості штучного інтелекту, машинного навчання та сучасного комп’ютерного моделювання.

Дослідники виявили 9389 раніше невідомих хімічних реакцій, що відбуваються на поверхні мідного каталізатора під час перетворення вуглекислого газу на цінні види палива та промислові хімікати. Через обмеженість обчислювальних потужностей традиційні моделі зазвичай охоплюють лише базовий набір реакцій, внаслідок чого сотні важливих етапів залишалися поза увагою науковців. Однак новий комплексний підхід дозволив створити надзвичайно детальну базу даних, що усунула розрив між теоретичними розрахунками та реальними експериментальними результатами.

Під час експериментів з’ясувалося, що спрощені моделі давали хибні прогнози: зокрема, вони помилково визначали мурашину кислоту (а не метанол) як основний продукт реакції та суттєво занижували обсяги перетворення CO₂. Щойно дослідники розширили мережу реакцій майже до 10 000 елементів, прогнозовані показники зросли приблизно в 40 разів, повністю збігшись із лабораторними даними. Крім того, розширена модель допомогла виявити цілком новий і неочікуваний механізм за участю водню. Виявилося, що на певних етапах молекулярний водень може передаватися проміжним сполукам як цілісна одиниця — без попереднього розщеплення на окремі атоми, — що повністю суперечить класичним уявленням хімічної науки.

Отримані результати мають величезне значення не лише для синтезу метанолу, а й для розвитку інших промислових процесів, таких як зв’язування азоту чи розщеплення води. Поєднання квантово-механічного моделювання з інструментами штучного інтелекту надає науковцям засіб для глибокого розуміння складних каталітичних процесів. У майбутньому це може сприяти створенню високоефективних каталізаторів, здатних перетворювати викиди парникових газів на корисні ресурси, що стане важливим кроком до сталого розвитку та збереження довкілля.