Защо „достатъчно добро" понякога не е достатъчно
Има нещо, което ме впечатли доста: учените десетилетия наред изучават как да превръщат CO2 в гориво и смятаха, че разбират по-голямата част от химическите процеси. Оказва се, че са пропускали доста.
Екип от Индийститута за наука в Бангалор наскоро използва изкуствен интелект, за да анализира един химически процес — става дума за хидрогениране. Това е когато с помощта на катализатор CO2 реагира с водород и се получават полезни вещества като метанол, който може да се използва като гориво. Това, което откриха, беше доста смирено.
Техните AI модели откриха 9389 отделни реакции, протичащи върху медния катализатор. Преди това проучване обаче изследователите се бяха съсредоточили върху едва 152 реакции, които смятаха за най-важни. Това е по-малко от 2% от реално протичащото!
Защо е важно това?
Ето каква е работата с химическите реакции: макар че стотици или хиляди от тях може да протичат едновременно, учените обикновено не могат да симулират всички тях чрез квантова механика — това би изисквало изчислителна мощност, която просто не е практична. Затова правят образовани предположения за това кои реакции са най-важни.
Но тези предположения? Могат да бъдат много погрешни.
Когато изследователите моделираха процеса само с 152-те „важни" реакции, резултатите бяха напълно грешни. Моделът предвиди, че основният продукт ще е мравчена киселина, а не метанол. Също така силно подцени колко CO2 всъщност може да се преобрази.
Едва когато разшириха модела с хиляди допълнителни реакции, предвижданията започнаха да съвпадат с това, което експериментите показват. И нещо интересно — разширеният модел предвиди 40 пъти повече преобразуване на CO2 в сравнение със опростения вариант. Това е огромна разлика!
Изненадата с водорода
Сега нещата стават наистина интересни. Един от авторите на изследването, Шивам Чатurvedи, го каза много точно:
„Представата, че водородът може да се пренася като цяла молекула, без да се разделя на атоми, противоречи на това, на което повечето от нас са ни учили."
В традиционната химия се приемаше, че водородът винаги трябва да се разпадне на отделни атоми, преди да участва в реакции. Но това проучване показа, че молекулен водород (H2) може да се пренася директно към междинните съединения в някои важни реакционни стъпки — и този път е особено благоприятен, когато става въпрос за молекули, съдържащи кислород.
Това е едно от тези открития, които карат учените да се вгледат отново във всичко, за което са мислели, че знаят. Прилича на това да разбереш, че в къщата, в която живееш от години, има тайна врата.
Какво означава това за бъдещето?
Лично аз намирам това изследване за вълнуващо по няколко причини:
По-добри предвиждания: Ако моделите ни са толкова неточни, представете си колко други химически изследвания може да са базирани на непълни предположения. Този подход — използването на AI за разширяване на реакционните мрежи — може да промени радикално начина, по който проектираме катализатори за всякакви процеси.
По-ефективно преобразуване на CO2: Разбирането на всички тези скрити пътища може да помогне на учените да проектират по-добри катализатори, които максимизират производството на гориво и минимизират загубите на енергия.
Въздействие върху климата: Превръщането на CO2 в полезни химикали и горива е един обещаващ подход за справяне с климатичните промени. Колкото по-ефективни стават тези процеси, толкова по-жизнеспособни ще бъдат като климатични решения.
Какво да запомним
Науката винаги се развива и понякога най-важните открития идват от въпроса „какво пропускаме?" вместо от предположението, че вече сме намерили всичко. Този екип по същество каза: „А какво, ако разгледаме ВСИЧКИ реакции, а не само тези, за които смятахме, че имат значение?"
И откриха цял един скрит свят от химия, чакащ да бъде проучен.
Старата поговорка гласи „картата не е територията" — в този случай учените използваха опростени карти на химическите реакции, които изобщо не съвпадаха с реалната територия. Сега имат по-добра карта, а това може да направи цялата разлика в борбата ни с климатичните промени.