Yapay Zekâ Sayesinde Yeni Bir Katalizör Üretildi
Fotoğraf 1 : Yeni katalizör, benzersiz nano-gözenekli yapıya sahip bakır ve alüminyum alaşımıdır.
Ne kadar iyi çalıştığını belirleyebilmek adına bir katalizörün tam yapısını bilmek çok önemli olabilir ancak olası tüm yapıları test etmek teorik olarak bile nerede ise imkansızdır. Şimdi ise Kanada, ABD ve Çin’deki araştırmacılar en umut verici adayları bulabilmek için yapay zekâyı, benzeri görülmemiş Faraday verimliliği ile, sürdürülebilir endüstriyel kimya için çok önemli bir reaksiyonu katalize edebilecek bir malzemeyi tasarlamak için kullanmışlardır. Ancak bu alandaki bağımsız bir araştırmacı, bu araştırmanın değerini sorgulamaktadır.
Kataliz, kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek adına gereken enerjiyi azaltmak için kullanılmaktadır ve kimyagerler, hassasiyet gerektiren yüzey yapılarına sahip katalizörleri sentezleyebilmek için giderek daha karmaşık yöntemler geliştirmişlerdir. Teorisyenler, deneycilerin hangi katalizörleri sentezleyebileceklerini seçmelerine yardımcı olmak için, gelecek vaat eden adayları, yoğunluk fonksiyonel teorisi gibi hesaplama modelleme araçları kullanarak belirlemişlerdir. Ne yazık ki, bu güçlü modeller kendi kaynak sınırlamalarıyla karşı karşıyadırlar. ABD, Carnegie Mellon Üniversitesi kimya mühendisi Zachary Ulissi “Bir yüzeyi veya bileşimi varsaymak ve aktivitesini değerlendirmek nispeten basittir. Ancak, bir süper hesaplama kaynağındaki sonuca dayanarak milyonlarca olasılıktan birkaç yüz veya birkaç bin hesaplama yapabilir isem, neyin odaklanmaya değer olduğunu nasıl bilebilirim?” demiştir.
Bu yeni araştırmada, Kanada, Toronto Üniversitesi’nden Ulissi ve Ted Sargent liderliğindeki araştırmacılar bir yapay zekâ algoritması geliştirmiş ve bunu karbondioksitin etilene elektrokimyasal olarak indirgenmesi için en umut verici katalizörleri keşfetmek için kullanmışlardır. Karbondioksitin etilene indirgenmesi polietilenin yanı sıra deterjanlar, yağlama yağları ve sayısız endüstriyel kimyasallar üretmek için kullanılmaktadır. Sargent “Yararlı bir şeyi hızlandırdığınızı kanıtlamanın tek yolu gidip bir şeyler inşa etmektir. Bunu, performansta büyük gelişmelere ihtiyaç duyan ve ihtiyaç duymaya devam eden çok önemli bir soruna uygulamaya karar verdik,” demiştir.
En etkili katalizörlerden biri saf bakırdır ancak araştırmacılar diğer metallerin de etkilerini incelemişlerdir. Oluşturdukları algoritma, bakır atomlarıyla çevrili olan Cu-Al bölgelerini, potasyum hidroksit içinde elektroliz edildiğinde karbondioksitin etilene indirgenmesi için oldukça aktif ve seçici olarak belirlemiştir. Araştırmacılar, bu bilgiyi diğer teorik ve deneysel optimizasyon teknikleri ile birlikte, %80’e varan Faraday verimine sahip nano-gözenekli, alaşımsız bakır-alüminyum katalizörü üretmek için kullanmışlardır. Aynı koşullar altında saf bakır katalizör olarak %35 verim göstermektedir. Ulissi “Son iki veya üç yıl içerisinde (yapay zekaya) çok fazla teorik ilgi oldu, ancak bu gerçekten de büyük deneysel olaylardan biridir. Ted’in araştırma grubu ile diğer kimya alanlarında da ortak çalışmalarımız devam etmektedir,” demiştir.
Fotoğraf 2 : Ekip, üretilen katalizörü bunun gibi bir elektrolit çözüştürücü ile test etmiştir.
ABD, Stanford Üniversitesi elektrokimyacısı olan Matthew Kanan, ‘yapay zekanın kataliz için kullanılması gerektiğini’ belirtmiştir. Ancak yapılan çalışma Kanan için ikna edici olmamış ve katalizörün etkinliğinin ‘belirlenecek’ olduğunu söylemiştir. Potasyum hidroksitte elektrokimyasal karbondioksit indirgemesindeki Faraday verimliliğinin ölçümleri anlamsız, demiş ve “Potasyum hidroksiti havaya maruz bırakır iseniz, zaman içerisinde potasyum karbonata dönüşecektir. Eğer bir karbondioksit gazına maruz bırakır iseniz, çok daha bir hızlı biçimde potasyum karbonata dönüşecektir. Elektrokimya alanının etrafına bir kutu çizdiler: hidroksitin ya da etilenin ne kadar karbon ile etkileştiğini bile ölçmüyorlar lâkin benim tahminimce hidroksit karbon ile daha çok etkileşime girmektedir,” diye eklemiştir.
Sargent, bu sorunu kabul etmektedir ancak üstesinden gelinebilir olduğunu da kanıtlaması gerektiğine inanmaktadır. Sargent “Elektrokimya alanı, elektrolitin karbonlanması ile ilgili sorunları ortadan kaldırabilen membran elektrot düzenekleri (MEA) adı verilen sistemler sayesinde gelişmektedir. Bu alkali sistemler sayesinde birçok heyecan verici dönüm noktası yaşanmıştır. MEA sistemleri hemen hemen bir yıl içerisinde yaygınlaşmış ve daha sağlam, sanayileştirilebilir çözümler sağlamıştır.
Makaleyi görüntülemek için “Aktif Yapay Zekâ Kullanılarak CO2 Elektro-katalizörlerinin Hızlandırılmış Keşfi” buraya tıklayın.
Kaynak: chemistryworld.com
