Tausende übersehene Schritte: Neues Modell zeigt den Weg vom CO2 zum Methanol
Forschende in Indien haben das Reaktionsnetz eines Kupferkatalysators von 152 auf 9.389 Schritte erweitert. Erst damit sagt das Modell die richtigen Hauptprodukte voraus.
Symbolbild · Foto: Sayantan Mondal / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 (zugeschnitten und skaliert)
Kohlendioxid mit Wasserstoff in Methanol zu verwandeln, gilt als ein Weg zu klimafreundlicheren Kraftstoffen und Grundstoffen. Wie die Reaktion an einem Kupferkatalysator genau abläuft, war aber unvollständig verstanden. Ein Team des Indian Institute of Science in Bengaluru hat dazu quantenmechanische Simulationen mit maschinellem Lernen kombiniert. Beteiligt waren auch das Forschungszentrum des Ölkonzerns Hindustan Petroleum und die Forschungsagentur A*STAR aus Singapur. Die Studie erschien in „Nature Communications“.
Das Ausgangsmodell mit 152 Reaktionen lag daneben: Es sagte Ameisensäure als Hauptprodukt voraus und unterschätzte, wie viel CO2 umgesetzt wird. Erweitert auf 9.389 Reaktionen mit 105 Stoffen an der Oberfläche, berechnete es rund 40-mal mehr Umsatz und nannte korrekt Methanol und Kohlenmonoxid als Hauptprodukte. Woher wisse man, dass das Netz nicht genau den entscheidenden Schritt auslässt, fragte Erstautor Anand M. Verma.
Überraschend war ein Detail: In mehreren Schritten wird Wasserstoff als ganzes Molekül übertragen und nicht als einzelne Atome – besonders bei sauerstoffhaltigen Zwischenprodukten. Katalysatoren, die stärker mit Wasserstoffmolekülen wechselwirken, könnten daher mehr Methanol liefern, folgern die Autoren. Die Methode lasse sich auch auf die Umwandlung von Stickstoff oder die Wasserspaltung übertragen.