Las reacciones químicas ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo:en el aire que respiramos, el agua que bebemos, y en las fábricas que fabrican los productos que utilizamos en la vida diaria. Y esas reacciones son inesperadamente rápidas. Dadas las condiciones óptimas, las moléculas pueden reaccionar entre sí en una billonésima de segundo.

La industria se esfuerza constantemente por lograr procesos químicos mejores y más rápidos. Produciendo hidrógeno, que requiere dividir las moléculas de agua, es un ejemplo. Para mejorar los procesos, los investigadores necesitan saber cómo reaccionan las diferentes moléculas entre sí y qué desencadena las reacciones. Las simulaciones por computadora pueden permitir estudiar lo que sucede durante una cuadrillonésima de segundo, así que si se conoce la secuencia de una reacción química, o si los desencadenantes que inician la reacción ocurren con frecuencia, se pueden estudiar los pasos de la reacción.

Pero este no suele ser el caso en la práctica. Las reacciones moleculares con frecuencia se comportan de manera diferente. Las condiciones óptimas a menudo no están presentes, como con las moléculas de agua utilizadas en la producción de hidrógeno, y esto hace que las reacciones sean difíciles de investigar, incluso con simulaciones por ordenador.

Hasta hace poco, los científicos no han sabido qué inicia la división de las moléculas de agua. Sin embargo, se sabe que una molécula de agua tiene una vida útil de 10 horas antes de dividirse. Diez horas pueden no parecer mucho tiempo, pero en comparación con la escala de tiempo molecular, una billonésima de segundo, es bastante larga. Esto hace que sea un gran desafío determinar el mecanismo que hace que las moléculas de agua se dividan. Es como buscar una aguja en un pajar.

Los investigadores de NTNU han encontrado recientemente una forma de identificar esa aguja en el pajar. En su estudio, combinaron dos técnicas que no se habían usado juntas anteriormente.

Estudiaron casi 100, 000 imágenes de simulación de este tipo antes de que pudieran identificar qué desencadena la división de las moléculas de agua. Se empleó mucha potencia informática en esas simulaciones. Usando su método especial, los investigadores lograron simular exactamente cómo se dividen las moléculas de agua. "Empezamos a mirar estos 10, 000 películas de simulación y analizarlas manualmente, tratando de encontrar la razón por la que las moléculas de agua se dividen, ", dice el investigador Anders Lervik del Departamento de Química de NTNU. Realizó su trabajo con el profesor Titus van Erp.

"Después de pasar mucho tiempo estudiando estas películas de simulación, encontramos algunas relaciones interesantes, pero también nos dimos cuenta de que la cantidad de datos era demasiado grande para investigar todo manualmente ". Los investigadores utilizaron un método de aprendizaje automático para descubrir las causas que desencadenan la reacción. Este método nunca se ha utilizado para simulaciones de este tipo. A través de este análisis, descubrieron una pequeña cantidad de variables que describen lo que inicia las reacciones.

Lo que encontraron proporciona un conocimiento detallado del mecanismo causal, así como ideas para mejorar el proceso. Encontrar formas de que las reacciones químicas industriales ocurran de manera más rápida y eficiente ha dado un paso adelante significativo con esta investigación. Ofrece un gran potencial para mejorar la producción de hidrógeno.