Аммиак — ключевой компонент большинства удобрений, без которых невозможно представить современное сельское хозяйство. В XX веке он буквально спас миллионы людей от голода. Однако производить его традиционным способом по методу Габера-Боша очень затратно — требуются температура выше 400°C, давление в 200 раз больше атмосферного, и огромное количество энергии. В результате на производство аммиака приходится около 2% глобальных выбросов парниковых газов.
В 2021 году эта же команда ученых из Сиднея уже разработала «зеленую» альтернативу — способ получать аммиак из воздуха и воды при комнатной температуре с использованием возобновляемой энергии. Теперь они улучшили саму технологию с помощью машинного обучения. Исследование опубликовано в журнале Small.
Ученым нужно было найти правильный катализатор — вещество, которое ускоряет химическую реакцию, не вступая в нее. Ученые составили список перспективных кандидатов на роль катализатора. В итоге выбрали 13 металлов, которые обладали нужными качествами. Но для лучшего катализатора требовалась комбинация этих металлов, и если посчитать, то это больше 8 тыс. различных комбинаций.
И тут вступил в игру ИИ. Исследователи обучили модель на свойствах 13 металлов и получили всего 28 лучших комбинаций, из которых один катализатор, смесь железа, висмута, никеля, олова и цинка, показал лучший результат.
Новый катализатор повысил производительность в 7 раз, а эффективность почти достигла 100%. Почти вся энергия в процессе шла на производство аммиака с минимальными потерями. Ученым удалось получить аммиак таким образом при температуре окружающей среды 25°C, что составляет менее 10% от температуры, необходимой для получения аммиака традиционным способом по методу Габера-Боша. Такой подход делает «зеленый» аммиак конкурентоспособным, масштабируемым и дешевым.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как катализаторы на основе отдельных атомов могут помочь спасти планету.