Affrontare il cambiamento climatico richiede di ripensare i processi chimici consolidati su una scala temporale di anni anziché di decenni come nei tradizionali cicli di ricerca e sviluppo. In collaborazione con BasCat (UniCat BASF JointLab), un team di ricercatori del Dipartimento di teoria dell'Istituto Fritz Haber ha sviluppato un approccio di scoperta accelerata per identificare una promettente formulazione di promotore catalitico per la conversione del propano nella sostanza chimica di base propilene.
Scoperto in poche settimane e con meno di 100 esperimenti condotti, il nuovo catalizzatore promosso rivaleggia con quelli scoperti in decenni di ricerca. I risultati, pubblicati in ACS Catalysis , non solo evidenziano il successo della partnership, ma aprono anche strade per uno sviluppo più efficiente e informato di formulazioni multi-promotore.
La catalisi svolge un ruolo cruciale nell’industria chimica, influenzando molteplici aspetti della vita quotidiana, come la produzione di plastica, lo sviluppo di farmaci e la produzione di carburanti e fertilizzanti. I catalizzatori accelerano le reazioni chimiche e migliorano la loro selettività verso i prodotti desiderati, riducendo al contempo il consumo di energia e gli sprechi.
Sebbene le prestazioni e la longevità dei catalizzatori possano essere ulteriormente migliorate utilizzando i promotori, la loro identificazione e ottimizzazione sono spesso noiose, lunghe e costose.
La collaborazione dell'Istituto con BasCat si concentra sulla ricerca fondamentale nel campo della catalisi eterogenea e in particolare sulla trasformazione catalitica degli idrocarburi in prodotti a valore aggiunto.
La ricerca del team ha proposto un approccio di scoperta accelerato che esplora uno spazio di progettazione multi-promotore con solo un numero limitato di esperimenti, basato su un'efficiente pianificazione degli esperimenti di progettazione dell'esperimento adattivo (DoE) e una massimizzazione della produttività attraverso test parallelizzati. Lo spazio di progettazione comprendeva circa 20.000 possibili combinazioni di promotori per la deidrogenazione non ossidativa del propano in propilene, utilizzando platino su allumina come catalizzatore.
Una prova sperimentale esaustiva avrebbe richiesto anni di ricerca. Invece, il loro approccio alla scoperta è riuscito a identificare con successo una nuova e promettente formulazione di promotore conducendo meno di 100 esperimenti in poche settimane.
Attualmente, il propilene è una materia prima fondamentale per la produzione di polimeri e si prevede che la sua domanda raggiungerà i 200 megatoni entro il 2030. I processi di cracking esistenti sono purtroppo insufficienti per soddisfare questa domanda prevista e i processi più recenti applicati a livello commerciale presentano ancora limitazioni per raggiungere un'elevata resa del prodotto. .
Di conseguenza, scoprire nuove combinazioni di multi-promotori ad alte prestazioni e acquisire una comprensione più profonda dei meccanismi chimici alla base dei loro effetti promotori sono visti come elementi cruciali.
