Figura 1. Mudança da fração molarFração molar ao longo do (s) tempo (s) de reação calculado pela simulação do reator. O gás de entrada consistia em CH4, O2, e He (como gás inerte). A pressão total foi definida como P =1 bar, e a razão de pressão parcial de CH4, O2, e Ele foi definido em 2:1:4. A taxa de fluxo volumétrico foi definida para 1 mL / s, e a temperatura da reacção era 700 ° C. O peso do catalisador era de 1 g. Crédito:Atsushi Ishikawa
Pesquisadores japoneses realizaram cálculos de informações cinéticas de reação a partir de cálculos de primeiros princípios baseados na mecânica quântica, e desenvolveu métodos e programas para realizar simulações cinéticas sem usar resultados cinéticos experimentais. Espera-se que esse método acelere a busca por vários materiais para alcançar uma sociedade livre de carbono.
Pesquisadores japoneses desenvolveram um método de simulação para estimar teoricamente o desempenho de um catalisador heterogêneo, combinando cálculo de primeiros princípios e técnicas de cálculo cinético. Até agora, estudos de simulação focados principalmente em um único ou número limitado de vias de reação, e era difícil estimar a eficiência de uma reação catalítica sem informações experimentais.
Atsushi Ishikawa, Pesquisador Sênior, Centro de Pesquisa Verde sobre Energia e Materiais Ambientais, Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS), realizou cálculos de informações cinéticas de reação a partir de cálculos de primeiros princípios com base na mecânica quântica, e desenvolveu métodos e programas para realizar simulações cinéticas sem usar resultados cinéticos experimentais. Em seguida, ele aplicou as descobertas à reação de acoplamento oxidativo do metano (OCM), que é um processo importante no uso do gás natural. Ele poderia prever com sucesso o rendimento dos produtos, como etano, sem informações experimentais sobre a cinética da reação. Ele também previu mudanças no rendimento dependendo da temperatura e da pressão parcial, e os resultados reproduziram fielmente os resultados experimentais existentes.
Esta pesquisa mostra que a simulação computacional possibilita a previsão da conversão do reagente e da seletividade dos produtos, mesmo se os dados experimentais não estiverem disponíveis. Espera-se que a busca por materiais catalíticos conduzida pela teoria e pelo cálculo se acelere. Além disso, este método é altamente versátil e pode ser aplicado não apenas a catalisadores de conversão de metano, mas também a outros sistemas de catalisador, como para purificação de gases de exaustão de automóveis, redução de dióxido de carbono e geração de hidrogênio, e espera-se que contribua para a realização de uma sociedade livre de carbono.
Figura 2. Conceito do estudoFigura do conceito gráfico mostrando a abordagem combinada de cálculo de primeiro princípio e microcinética. Atividades catalíticas, como conversão e seletividade, são previstas. A rede de reação catalítica também é obtida, portanto, uma análise detalhada da reação do catalisador é possível. Crédito:Atsushi Ishikawa
