Korzystając z założeń mechaniki kwantowej oraz uczenia maszynowego, naukowcy z Columbia Engineering są w stanie dokładnie przewidywać reakcje tlenków w wysokich temperaturach. Ma to kilka potencjalnych zastosowań.
Ekstrakcja metali z tlenków w wysokich temperaturach jest kluczowa zarówno w produkcji metali, jak i prowadzeniu recyklingu. Obecnie stosowane metody są związane z wysokimi emisjami gazów cieplarnianych, dlatego badacze od dawna poszukiwali bardziej ekologicznych sposobów. Jednym z rozwiązań mogłoby być prowadzenie symulacji, jednak brakowało metod obliczeniowych umożliwiających przewidywanie reakcji tlenków w wysokich temperaturach bez dostępu do eksperymentalnych danych.
Czytaj też: Odkryto samoczynnie naprawiającą się ceramikę w temperaturze pokojowej
Jak sugeruje artykuł dostępny na łamach Nature Communications, za potencjalnym przełomem stoją przedstawiciele Columbia Engineering, którzy zaprezentowali taką metodę. Łączy ona w sobie mechanikę kwantową i uczenie maszynowe, dzięki czemu naukowcy potrafią z wysoką dokładnością przewidzieć temperaturę redukcji tlenków metali do metali nieszlachetnych. Ważny jest w tym przypadku fakt, że ta nowa metoda cechuje się skutecznością nawet w wysokich temperaturach.
Wysokotemperaturowe reakcje chemiczne i ich przewidywanie stanowiło do tej pory niemałe wyzwanie
Innymi słowy, w bardzo niskich temperaturach obliczenia oparte na mechanice kwantowej umożliwiają przewidzenie energii wykorzystywanej lub emitowanej za sprawą reakcji chemicznych. Członkowie zespołu badawczego dostosowali więc model uczenia maszynowego tak, aby nauczył się zmian zachodzących wraz ze wzrostem temperatury. W ramach dalszych postępów naukowcy chcieliby powiększyć zakres badanych właściwości zależnych od temperatury. W grę wchodzi między innymi rozpuszczalność, przewodnictwo i topnienie.
Czytaj też: Opracowano materiał termoutwardzalny wielokrotnego użytku z odpadków drzewnych
Zarówno dotychczasowe jak i oczekiwane postępy powinny odegrać kluczową rolę w dekarbonizacji przemysłu chemicznego. Niestety, jak do tej pory różnego rodzaju alternatywy okazywały się kosztowne i czasochłonne. Jak wyjaśnia Alexander Orban, osiągnięcia zespołu badawczego którym zarządzał stanowią pierwszą próbę podejścia hybrydowego (łączącego obliczenia z SI) mającą na celu rozwiązanie tego problemu. Poza tym, po raz pierwszy udało się zademonstrować, jak obliczenia oparte na mechanice kwantowej mogą być wykorzystane do projektowania wysokotemperaturowych procesów.
