Figura 1. Cambio de fracción molar Fracción molar a lo largo del tiempo de reacción calculado por la simulación del reactor. El gas de entrada consistió en CH4, O2, y Él (como gas inerte). La presión total se fijó en P =1 bar, y la relación de presión parcial de CH4, O2, y se puso a 2:1:4. El caudal volumétrico se estableció en 1 ml / s, y la temperatura de reacción fue de 700 ° C. El peso del catalizador fue de 1 g. Crédito:Atsushi Ishikawa
Investigadores japoneses realizaron el cálculo de la información cinética de reacción a partir de cálculos de primeros principios basados en la mecánica cuántica, y desarrolló métodos y programas para realizar simulaciones cinéticas sin utilizar resultados cinéticos experimentales. Se espera que este método acelere la búsqueda de diversos materiales para lograr una sociedad libre de carbono.
Investigadores japoneses han desarrollado un método de simulación para estimar teóricamente el rendimiento de un catalizador heterogéneo mediante la combinación de técnicas de cálculo de primeros principios y cálculo cinético. Hasta ahora, estudios de simulación centrados principalmente en un número único o limitado de vías de reacción, y era difícil estimar la eficiencia de una reacción catalítica sin información experimental.
Atsushi Ishikawa, Investigador senior, Centro de Investigación Ecológica sobre Energía y Materiales Ambientales, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), realizó el cálculo de la información cinética de la reacción a partir de cálculos de primeros principios basados en la mecánica cuántica, y desarrolló métodos y programas para realizar simulaciones cinéticas sin utilizar resultados cinéticos experimentales. Luego aplicó los hallazgos a la reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM), que es un proceso importante en el uso de gas natural. Pudo predecir con éxito el rendimiento de los productos, como el etano, sin información experimental sobre la cinética de reacción. También predijo cambios en el rendimiento dependiendo de la temperatura y la presión parcial, y los resultados reprodujeron fielmente los resultados experimentales existentes.
Esta investigación muestra que la simulación por computadora permite pronosticar la conversión de reactivo y la selectividad de productos, incluso si los datos experimentales no están disponibles. Se espera que la búsqueda de materiales catalíticos liderada por la teoría y el cálculo se acelere. Es más, Este método es muy versátil y se puede aplicar no solo a los catalizadores de conversión de metano, sino también a otros sistemas de catalizadores, como para la purificación de gases de escape de automóviles. reducción de dióxido de carbono y generación de hidrógeno, y se espera que contribuya a la realización de una sociedad libre de carbono.
Figura 2. Concepto del estudio Figura del concepto gráfico que muestra el enfoque combinado del cálculo del primer principio y la microcinética. Se predicen actividades catalíticas como la conversión y la selectividad. También se obtiene la red de reacción catalítica, por lo que es posible un análisis detallado de la reacción del catalizador. Crédito:Atsushi Ishikawa
