Ученые применили многослойный машинное обучение для поиска катализаторов, ускоряющих превращение углекислого газа в метанол — перспективное экологичное топливо и ценное химическое сырье.Автор Hi-Tech Mail
Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории США разработали новую систему на основе машинного обучения, которая значительно ускоряет поиск эффективных катализаторов для превращения углекислого газа в метанол — ценное топливо и химическое сырье.
Исследование опубликовано в журнале Chem Catalysis.
Нейросеть меняет большую химию
Обычно создание катализаторов занимает годы и требует множества экспериментов. Новый подход использует многослойную модель машинного обучения, которая пошагово отбирает наиболее перспективные материалы — подобно тому, как это делают химики в лаборатории.
Исследователи применили эту систему к реакции каталитического гидрирования CO2 в метанол и показали, что она работает точнее и быстрее традиционных моделей. Такой подход позволяет одновременно учитывать два ключевых параметра катализаторов — активность и селективность, то есть скорость реакции и долю нужного продукта.
Отмечается, что прежние модели часто страдали от нехватки качественных данных и не учитывали химическую природу процессов, из-за чего их прогнозы были ограничены или вовсе ошибочны. Новая архитектура решает эти проблемы, объединяя вычислительные симуляции и машинное обучение.
Почему это важно для экологии и энергетики
Метанол рассматривается как перспективное топливо: его можно использовать для снижения выбросов углекислого газа и твердых продуктов горения. При этом сам углекислый газ можно собирать и снова превращать из отхода в полезное сырье. Также существует технология переработки метанола в бензин и олефины.
В качестве химического сырья метиловый спирт используют в производстве:
- Формальдегида и синтетических смол из него, которые в свою очередь нужны для изготовления пластмассы, резины, ДСП, бетона и других материалов;
- Уксусной кислоты, которая используется при производстве красок, клея, растворителей и других продуктов;
- Компонента топлива для авиамодельных компрессионных и калильных двигателей;
- Муравьиной кислоты, уротропина, ядохимикатов, химических средств защиты растений, протеина (белково-витаминного концентрата).
Метанол добавляют в автомобильный бензин для повышения октанового числа и применяют как растворитель и средство очистки нефти от примесей-меркаптанов.
Ключевая сложность реакции гидрирования — баланс между скоростью и избирательностью: повышение температуры ускоряет процесс, но снижает выход метанола из-за побочных реакций. Кроме того, традиционные медные катализаторы, применяемые с XX века, требуют модификации для повышения эффективности, поскольку их активность и срок службы ограничены.
Современные исследования все чаще используют ИИ для поиска новых материалов, сокращая годы лабораторной работы до месяцев и даже недель. Решает искусственный интеллект и множество других «неподъемных» для человека задач. Недавно нейросеть подсчитала вероятность выживания туристов на роковом перевале Дятлова в 1959 году.