Figura 1. Cambio della frazione molareFrazione molare lungo il tempo di reazione (s) calcolato dalla simulazione del reattore. Il gas in ingresso era costituito da CH4, O2, e He (come gas inerte). La pressione totale è stata impostata su P =1 bar, e il rapporto di pressione parziale di CH4, O2, ed Egli fu impostato su 2:1:4. La portata volumetrica è stata impostata su 1 mL/s, e la temperatura di reazione era di 700°C. Il peso del catalizzatore era di 1 g. Credito:Atsushi Ishikawa
I ricercatori giapponesi hanno eseguito il calcolo delle informazioni cinetiche di reazione dai calcoli dei principi primi basati sulla meccanica quantistica, e sviluppato metodi e programmi per eseguire simulazioni cinetiche senza utilizzare risultati cinetici sperimentali. Questo metodo dovrebbe accelerare la ricerca di vari materiali per realizzare una società priva di carbonio.
I ricercatori giapponesi hanno sviluppato un metodo di simulazione per stimare teoricamente le prestazioni del catalizzatore eterogeneo combinando il calcolo dei principi primi e le tecniche di calcolo cinetico. Fino ad ora, studi di simulazione principalmente focalizzati su un numero singolo o limitato di vie di reazione, ed era difficile stimare l'efficienza di una reazione catalitica senza informazioni sperimentali.
Atsushi Ishikawa, Ricercatore senior, Centro per la ricerca verde sui materiali energetici e ambientali, Istituto nazionale per la scienza dei materiali (NIMS), eseguito il calcolo delle informazioni cinetiche di reazione dai calcoli dei principi primi basati sulla meccanica quantistica, e sviluppato metodi e programmi per eseguire simulazioni cinetiche senza utilizzare risultati cinetici sperimentali. Quindi ha applicato i risultati alla reazione di accoppiamento ossidativo del metano (OCM), che è un processo importante nell'uso del gas naturale. Poteva prevedere con successo la resa dei prodotti, come l'etano, senza informazioni sperimentali sulla cinetica di reazione. Ha anche previsto cambiamenti nella resa a seconda della temperatura e della pressione parziale, e i risultati riproducevano fedelmente i risultati sperimentali esistenti.
Questa ricerca mostra che la simulazione al computer consente di prevedere la conversione del reagente e la selettività dei prodotti, anche se i dati sperimentali non sono disponibili. La ricerca di materiali catalitici guidata dalla teoria e dal calcolo dovrebbe accelerare. Per di più, questo metodo è altamente versatile e può essere applicato non solo ai catalizzatori di conversione del metano ma anche ad altri sistemi catalitici come per la purificazione dei gas di scarico delle automobili, riduzione dell'anidride carbonica e generazione di idrogeno, e dovrebbe contribuire alla realizzazione di una società senza emissioni di carbonio.
Figura 2. Concetto dello studio Figura del concetto grafico che mostra l'approccio combinato del calcolo del primo principio e della microcinetica. Sono previste attività catalitiche come la conversione e la selettività. Si ottiene anche la rete di reazione catalitica, quindi è possibile un'analisi dettagliata della reazione catalitica. Credito:Atsushi Ishikawa
