Neuartige automatisierte Forschungsinfrastruktur beschleunigt Katalysatorentwicklung
Forscher der ETH Zürich haben eine bahnbrechende Entdeckung gemacht: Dank einer neuartigen automatisierten Forschungsinfrastruktur im Roboterlabor für nachhaltigen Treibstoff können Katalysatoren nun schneller entwickelt werden. Und das Ganze mit Unterstützung von künstlicher Intelligenz. Wenn das mal keine guten Nachrichten sind!
Die Chemiker starteten ihr Projekt mit der Suche nach verbesserten Katalysatoren für die Methanolherstellung. Doch die neue Technologieplattform hat noch viel mehr zu bieten und beschleunigt auch die Entwicklung anderer Katalysatoren. Das ist doch mal ein Volltreffer!
Katalysatoren sind so etwas wie die Superhelden der Chemiker. Sie beschleunigen Reaktionen und verringern den Energiebedarf. Mit einem effektiven Katalysator können unerwünschte Nebenreaktionen besser unterdrückt werden. Die Dinger sind also echte Allrounder!
In der Natur übernehmen Enzyme diese Aufgabe und verstärken gezielt Stoffwechselvorgänge. In technischen Anlagen kommen hingegen meist Metallkatalysatoren zum Einsatz, um die Ausbeute an Produkten zu steigern. Klingt kompliziert, ist es auch. Aber zum Glück haben wir jetzt die smarten Köpfe an der ETH Zürich, die uns da weiterhelfen.
Unter der Leitung von Paco Laveille hat das Team der Technologieplattform Swiss Cat eine vollständig digitalisierte und automatisierte Methode entwickelt, um viel schneller als zuvor neue und verbesserte Metallkatalysatoren zu finden. Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und einem automatisierten Synthese- und Testlabor haben sie sich so richtig ins Zeug gelegt. Hut ab!
Mit dieser neuen Infrastruktur konnten sie innerhalb von nur sechs Wochen sage und schreibe 150 Katalysatoren für die CO2-basierte Methanolherstellung entwickeln. Und das Beste daran: Die neuen Katalysatoren sind nicht nur kostengünstig herzustellen, sondern erzielen auch hohe Umwandlungsraten bei minimalen Nebenprodukten. Wenn das kein Grund zum Feiern ist!
Normalerweise hätte die Entwicklung dieser Katalysatoren mehrere Jahre gedauert. Aber dank der neuen Methode haben die Forscher einen richtigen Turbo eingelegt. Da können sich andere Labore eine Scheibe von abschneiden!
Methanol spielt eine wichtige Rolle in der nachhaltigen Kohlenwasserstoffwirtschaft. Es wird sowohl als Brennstoff als auch als Grundstoff für Medikamente, Kunststoffe und Farben verwendet. Im Vergleich zu Wasserstoff und Methan ist Methanol viel einfacher zu transportieren und zu lagern. Außerdem kann man bestehende Infrastrukturen und Motoren der Benzintechnologie mit nur geringfügigen Anpassungen weiterhin nutzen. Das ist doch mal praktisch, oder?
Die Suche nach den idealen Katalysatoren für die Methanolherstellung ist allerdings nicht ohne. Es gibt theoretisch unendlich viele Möglichkeiten, Atome zu einem Katalysator zu verbinden. Da verliert man schnell den Überblick. Aber zum Glück haben die Forscher einen Plan!
Um den Raum der chemischen Möglichkeiten einzuschränken, haben sie eine Vorauswahl getroffen. Ein Katalysator muss nicht nur effektiv, sondern auch kostengünstig sein. Deshalb haben sie sich auf die vergleichsweise günstigen Metalle Eisen, Kupfer und Kobalt beschränkt. Zusätzlich haben sie noch ein paar andere Elemente hinzugefügt, die traditionell in Katalysatoren verwendet werden. Und schon hatten sie „nur noch“ 20 Millionen verschiedene Kombinationsmöglichkeiten. Klingt nach einer Menge Arbeit, aber hey, Chemiker lieben doch Herausforderungen!
Mit Hilfe eines KI-Algorithmus namens bayesianische Optimierung haben sie dann die besten Lösungen gefunden. Klingt kompliziert, war es wahrscheinlich auch. Aber hey, die Forscher sind ja schließlich keine Anfänger!
Insgesamt haben sie sechs Durchläufe mit jeweils 24 ausgewählten Katalysatoren gemacht. Zwischendurch wurden die Ergebnisse optimiert und immer wieder neue Zusammensetzungen ausprobiert. So haben sie sich nicht in einer Sackgasse der Optimierung verirrt. Das nennt man dann wohl cleveres Vorgehen!
Das Ziel der Forscher war es allerdings nicht, den perfekten Katalysator für die Methanolsynthese zu finden. Dafür braucht man noch mehr Daten und Erfahrungen. Aber das Roboterlabor unterstützt die Wissenschaftler dabei, genau diese Informationen zu sammeln. Das wird einen großen Fortschritt in der Katalysatorforschung bedeuten. Da können wir uns auf spannende neue Entwicklungen freuen!
Also, liebe Chemiker an der ETH Zürich, macht weiter so! Wir sind gespannt, welche bahnbrechenden Erkenntnisse als nächstes aus eurem Roboterlabor kommen. Und vielleicht habt ihr ja auch mal Lust auf eine Runde Trivial Pursuit? Denn anscheinend habt ihr das mit den richtigen Kombinationen echt drauf!
Schlagwörter: ETH Zürich Katalysatoren + Laveille + Cat+
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