Wie oft haben wir beim Vorbeifahren an einem alten Diesel den Atem angehalten, wohl wissend, dass die Abgase nichts Gutes verheißen? Stickoxide sind zu den schlimmsten Feinden unserer Lunge, stille und unsichtbare Angreifer, die die Euro-7-Vorschriften endlich in die Schranken der „fast Eliminierten“ weisen wollen.
Doch wie können wir dieses Ziel erreichen, ohne den vier Rädern den Krieg zu erklären? Die Antwort kommt von einem Team der Chalmers Universität, der eine innovative Methode entwickelt hat: Einsatz künstlicher Intelligenz zur Entwicklung deutlich effizienterer Kupfer-Zeolith-Katalysatoren. Hier vereint sich Mathematik mit Chemie und ermöglicht uns, ohne Schuldgefühle weiterzufahren.
Euro 7, eine Frage der Standards und Innovation
Am Horizont zeichnet sich die Euro-7-Verordnung ab, die für die Automobilhersteller eine gewaltige Herausforderung darstellt. Dabei handelt es sich nicht um eine geringfügige Anpassung: Es handelt sich um eine weitere, drastische Reduzierung der zulässigen Schadstoffemissionen. Alte Katalysatoren sind zwar wirksam, aber möglicherweise der Aufgabe nicht gewachsen.
Und hier kommt Innovation ins Spiel: Katalysatoren auf Basis von kupferangereichertes Chabasit-Zeolith. Diese Materialien haben eine überraschende Wirksamkeit bei der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel gezeigt. Der Prozess ist faszinierend: Sie fördern die Bildung von Stickstoff-Stickstoff-Bindungen in einer sauerstoffreichen Umgebung und verhindern gleichzeitig unerwünschte Reaktionen.
Die Komplexität dieser Systeme ist so groß, dass nur künstliche Intelligenz uns helfen kann, sie wirklich zu verstehen. Kein Wunder, dass sich Wissenschaftler an sie wandten, um dieses molekulare Rätsel zu lösen.
Einblicke in die mikroskopische Welt der Katalysatoren
Die Magie dieser Katalysatoren liegt in ihrer außerordentlichen Dynamik. Zeolithe sind wie winzige kristalline Käfige, in denen Kupferionen mit Ammoniak einen molekularen Walzer tanzen und bewegliche Komplexe bilden, die in den Kanälen des Materials schwimmen.
Computergestützte Untersuchungen sind wichtig, um zu verstehen, wie sich detaillierte Struktur und Zusammensetzung auf ihre Leistung auswirken.
Worte von Henrik Groenbeck, Professor am Institut für Physik der Chalmers University of Technology. Die Mobilität dieser Komplexe ist entscheidend: Damit die Reaktion ablaufen kann, sind zwei Komplexe im selben Zeolithkäfig erforderlich. So bringen Sie zwei Tänzer in einem überfüllten Raum zusammen. KI hat die Antwort.
Das Forschungsteam entwickelte ein maschinell lernendes „Kraftfeld“, ein Computermodell, das die Kräfte zwischen Atomen beschreibt, einschließlich elektrostatischer Wechselwirkungen über große Entfernungen. Dadurch wurde es möglich, die Diffusion geladener Ammoniak-Kupfer-Ammoniak-Komplexe zu untersuchen und Erkenntnisse zu gewinnen, die zuvor nicht zugänglich waren.
Die Auswirkungen von Simulationen
Ich studiere, veröffentlicht Nature Communications veröffentlicht , trägt die Unterschrift von Henrik Groenbeck, Joachim Bjerregaard (Doktorand am Fachbereich Physik) und Martin Votsmeier (Industriepartner Umicore und TU Darmstadt), im Rahmen des CHASS-Projektes.
Ich stelle mir gerne vor, dass, während wir über die Einschränkungen von Euro 7 diskutieren, kleine Kupferatome mithilfe künstlicher Intelligenz bereits lernen, die Luft besser zu reinigen. Vielleicht wird es sich dieses Mal als nützlich erweisen, dass die Technologie vor der Regulierung kommt.
