Bilim insanları, CO2'yi metanola dönüştürebilecek gizli bir hidrojen yolu keşfetti

Indian Institute of Science (IISc) araştırmacıları, karbondioksitin (CO₂) yakıt ve kimyasallara dönüştürülmesinde gözden kaçan binlerce reaksiyonu hesaba katan bir bilgisayar modeli geliştirdi. Yapay zeka, kuantum mekaniği ve kinetik modellemeyi birleştiren çalışma, önceki modellerin ana ürünü yanlış belirlemesi ve dönüşüm miktarını eksik hesaplaması sorunlarını giderdi. Genişletilmiş model, formik asit yerine metanol ve karbonmonoksit oluşumunu deneysel gözlemlerle tam uyumlu olarak öngördü.

GENİŞLETİLMİŞ REAKSİYON AĞI 

Ekip, bakır katalizör yüzeyinde gerçekleşen CO₂ hidrojenasyonunu inceleyerek 105 kimyasal türü kapsayan ağı 9 bin 389 temel reaksiyon adımına genişletti. Yeni ağ, yalnızca 152 reaksiyon içeren geleneksel modellere göre yaklaşık 40 kat daha fazla CO₂ dönüşümü öngördü.

Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmanın sorumlu yazarı Doç. Dr. Ananth Govind Rajan, sınırlı sayıda reaksiyona odaklanan eski simülasyonların ana ürün olarak metanol yerine formik asidi gösterdiğini belirtti. Rajan, ağ genişletildiğinde tahminlerin deneysel gözlemlerle birebir örtüştüğünü ifade etti.

ÇOK DİSİPLİNLİ MODELLEME 

Başyazar Anand Mohan Verma liderliğindeki araştırmada önce kuantum mekaniği simülasyonlarıyla 152 reaksiyonluk doğrulanmış bir veri tabanı oluşturuldu. Aktivasyon enerjisi bariyerlerini tahmin etmek için makine öğrenimi modelleri eğitildi.

Otomatik araçlarla da katalizör yüzeyindeki tek adımlı dönüşümler tespit edildi. IISc Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nden Prof. Ambedkar Dukkipati, makine öğrenimi modellerine katkı sundu. Deneysel doğrulamaları ise Hindustan Petroleum Corporation Limited (HPCL) Yeşil Araştırma Merkezi’nden G. Valavarasu ve Santhosh Kotni ile Singapur A*STAR’dan Amol Amrute ve ekibi gerçekleştirdi.

MOLEKÜLER HİDROJEN AKTARIMI 

Kapsamlı reaksiyon ağı, geleneksel teorilerden farklı olarak hidrojenin ayrı atomlara ayrışmadan, doğrudan moleküler H₂ biçiminde ara bileşiklere aktarılabildiğini ortaya koydu. Ek kuantum mekaniği hesaplamaları, bu yolun özellikle oksijen içeren ara bileşiklerde elverişli olduğunu doğruladı.

IISc doktora öğrencisi Shivam Chaturvedi, ağın genişletilmesiyle belirlenen mekanizmanın H₂ ile daha güçlü etkileşen katalizörlerin tasarımına ışık tuttuğunu söyledi. Araştırmacılar, yöntemin azot indirgenmesi ve suyun ayrıştırılması gibi diğer endüstriyel süreçlere de uyarlanabileceğini belirtti.