Abordar el cambio climático exige repensar los procesos químicos establecidos en una escala de tiempo de años en lugar de décadas como en los ciclos tradicionales de I+D. En colaboración con BasCat (UniCat BASF JointLab), un equipo de investigadores del Departamento de Teoría del Instituto Fritz Haber desarrolló un enfoque de descubrimiento acelerado para identificar una formulación de promotor catalítico prometedora para la conversión de propano en propileno, la sustancia química base.
Descubierta en unas pocas semanas y con menos de 100 experimentos realizados, la novela promovió catalizadores rivales de los descubiertos a través de décadas de investigación. Los hallazgos, publicados en ACS Catalysis , no solo resalta el éxito de la asociación, sino que también abre vías para un desarrollo más eficiente e informado de formulaciones multipromotor.
La catálisis desempeña un papel crucial en la industria química, influyendo en múltiples aspectos de la vida cotidiana, como la producción de plástico, el desarrollo de fármacos y la fabricación de combustibles y fertilizantes. Los catalizadores aceleran las reacciones químicas y mejoran su selectividad hacia los productos deseados, al tiempo que reducen el consumo y el desperdicio de energía.
Aunque el rendimiento y la longevidad de los catalizadores se pueden mejorar aún más mediante el uso de promotores, su identificación y optimización suelen ser tediosas, lentas y costosas.
La colaboración del Instituto con BasCat se centra en la investigación fundamental en el campo de la catálisis heterogénea y especialmente en la transformación catalítica de hidrocarburos en productos de valor añadido.
La investigación del equipo propuso un enfoque de descubrimiento acelerado que explora un espacio de diseño de múltiples promotores con solo un número limitado de experimentos, basado en una planificación de experimentos de diseño adaptativo (DoE) eficiente y una maximización del rendimiento a través de pruebas en paralelo. El espacio de diseño comprendía del orden de 20.000 posibles combinaciones de promotores para la deshidrogenación no oxidativa del propano a propileno, utilizando platino sobre alúmina como catalizador.
Una prueba experimental exhaustiva habría requerido años de investigación. En cambio, su enfoque de descubrimiento identificó con éxito una nueva y prometedora formulación de promotor al realizar menos de 100 experimentos en unas pocas semanas.
Actualmente, el propileno es una materia prima química crucial para la producción de polímeros y se prevé que su demanda alcance las 200 megatones para 2030. Desafortunadamente, los procesos de craqueo existentes son insuficientes para satisfacer esta demanda esperada y los procesos aplicados comercialmente más recientes aún presentan limitaciones para alcanzar un alto rendimiento del producto. .
En consecuencia, descubrir nuevas combinaciones de multipromotores de alto rendimiento y obtener una comprensión más profunda de los mecanismos químicos detrás de sus efectos promotores se consideran elementos cruciales.
Más información: Christian Kunkel et al, Exploración sistemática de un espacio de composición de catalizadores multipromotor con experimentos limitados:deshidrogenación de propano no oxidativo a propileno, catálisis ACS (2024). DOI:10.1021/acscatal.4c01740
Información de la revista: Catálisis ACS
Proporcionado por la Sociedad Max Planck
