Abordagem acelerada leva à descoberta de um novo promotor catalítico equivalente a décadas de estudo
Novo promotor catalítico compatível com décadas de estudo. Crédito:Dr. Frederik Rüther - BasCat (UniCat BASF JointLab) Enfrentar as alterações climáticas exige repensar os processos químicos estabelecidos numa escala temporal de anos, em vez de décadas, como acontece nos ciclos tradicionais de I&D. Em colaboração com BasCat (UniCat BASF JointLab), uma equipe de pesquisadores do Departamento de Teoria do Instituto Fritz Haber desenvolveu uma abordagem de descoberta acelerada para identificar uma formulação promissora de promotor catalítico para a conversão de propano no produto químico básico propileno.
Descoberto em poucas semanas e com menos de 100 experimentos realizados, o romance promoveu catalisadores que rivalizam com aqueles descobertos ao longo de décadas de pesquisa. As descobertas, publicadas na ACS Catalysis , não só destacam o sucesso da parceria, mas também abrem caminhos para um desenvolvimento mais eficiente e informado de formulações com múltiplos promotores.
A catálise desempenha um papel crucial na indústria química, influenciando vários aspectos da vida cotidiana, como a produção de plástico, o desenvolvimento de medicamentos e a fabricação de combustíveis e fertilizantes. Os catalisadores aceleram as reações químicas e melhoram a sua seletividade aos produtos desejados, ao mesmo tempo que reduzem o consumo de energia e o desperdício.
Embora o desempenho e a longevidade dos catalisadores possam ser aumentados ainda mais com o uso de promotores, a sua identificação e otimização são muitas vezes tediosas, demoradas e dispendiosas.
A colaboração do Instituto com o BasCat centra-se na investigação fundamental no domínio da catálise heterogénea e especialmente na transformação catalítica de hidrocarbonetos em produtos de valor acrescentado.
A pesquisa da equipe propôs uma abordagem de descoberta acelerada que explora um espaço de design multi-promotor com apenas um número limitado de experimentos, com base em um planejamento experimental eficiente de design de experimento adaptativo (DoE) e uma maximização de rendimento por meio de testes paralelizados. O espaço de projeto compreendia cerca de 20.000 combinações possíveis de promotores para a desidrogenação não oxidativa do propano em propileno, usando platina sobre alumina como catalisador.
Um teste experimental exaustivo exigiria anos de pesquisa. Em vez disso, a sua abordagem de descoberta identificou com sucesso uma nova formulação promotora promissora, conduzindo menos de 100 experiências em poucas semanas.
Atualmente, o propileno é uma matéria-prima química crucial para a produção de polímeros e prevê-se que a sua procura atinja 200 megatons até 2030. Os processos de craqueamento existentes são, infelizmente, insuficientes para satisfazer esta procura esperada e os processos mais recentes aplicados comercialmente ainda apresentam limitações para alcançar um elevado rendimento do produto. .
Consequentemente, a descoberta de novas combinações de multipromotores de alto desempenho e a obtenção de uma compreensão mais profunda dos mecanismos químicos por trás dos seus efeitos promotores são vistos como elementos cruciais.
