Срочно необходимы экологически приемлемых методов промышленного производства химических веществ. Людвиг-Максимилианс-университет (ЛМУ) в Мюнхене недавно исследователи описали такую процедуру для синтеза формальдегида, а в настоящее время улучшилась ее с помощью машинного обучения.
Формальдегид является одним из наиболее важных сырья для занятых в химической промышленности, и служит отправной точкой для синтеза многих более сложных химических продуктов. В настоящее время промышленное производство формальдегида основано на крупномасштабных процедура, которая потребляет ископаемого топлива и требует больших затрат энергии. Поэтому, более эффективных и более устойчивых режимов синтеза необходимы срочно, что могло бы внести значительный вклад в смягчение последствий изменения климата. ЛМУ профессор химик Оливер Трапп и его коллеги разработали новый процесс для производства формальдегида, который основан на алгоритме построен с помощью машинного обучения. Новая процедура повышает урожайность смеси с коэффициентом 5, так как команда сейчас отчеты в журнале химической науки. Авторы исследования убеждены, что их новый подход имеет большой потенциал и может в принципе применяться к другим синтетическим процедур.
Промышленный синтез формальдегида начинается с синтез-газа [смесь окиси углерода (СО) и молекулярного водорода (Н2)] — в котором метанол добавляется перед окисляется с помощью катализатора. Однако производство самого синтез-газа требует высоких температур и ископаемых видов топлива, таких как природный газ или уголь. В предыдущем исследовании ЛМУ исследователей описывается развитие реакции схема которой допускается формальдегид производных должны быть синтезированы в одну стадию из смеси водорода и диоксида углерода, в присутствии гомогенных катализаторов, при умеренных условиях температуры и давления. При добавлении метанола, то эта производная может быть преобразован в необходимый конечный продукт. Эта стратегия имеет ряд преимуществ по сравнению с обычной процедурой. «Во-первых, это позволяет СО2, который является побочным продуктом в нескольких производственных процессах (например, при производстве стали), чтобы быть переработаны. Так что этот подход не только повышает эффективность синтеза формальдегид, он также снижает скорость накопления СО2 в атмосфере. В свете происходящих изменений климата, этот является желанным и очень долгожданным побочным эффектом процедуры», — говорит Трапп. «Кроме того, весь процесс требует гораздо меньше энергии, чем альтернативные пути синтеза, как это происходит при более низких температурах и включает в себя меньшее число шагов.»
Группа теперь оптимизирован эту процедуру путем изменения не менее чем за семь параметров, которые влияют на выход синтез формальдегида в своей системе, и с помощью машинного обучения для выявления комбинации параметров, которые дают наилучшие результаты. Существенной особенностью алгоритмов машинного обучения заключается в том, что они способны учиться на опыте, при наличии соответствующих данных «обучение». «В методе, который мы использовали, называется случайной леса, исходные наборы данных содержат действительные результаты, полученные на основе эмпирических наблюдений или вычислений», — говорит Трапп. Подмножество эти данные используются для обучения алгоритма, так что он может построить математическую связь между этими входных данных и соответствующих результатов. Так что результатом этого шага является математической моделью. Способность модели для учета остальных данных, то можно оценить, и модель может быть прогрессивно настроенный.
Используя этот метод, команда ЛМУ удалось определить оптимальные условия реакции для их химической системы. Путем соответствующей настройки параметров входа в новый настройка реакции, они смогли проверить эффективность алгоритма напрямую. «Новая схема реакции повышает эффективность синтеза на 500% по сравнению с обычным способом производства формальдегида», — говорит Трапп.
«Этот результат значительно превзошел наши ожидания, и это демонстрирует потенциал современных алгоритмов достичь максимальных результатов с минимальными практических усилий».
Авторы уверены, что их результаты будут мотивировать инженеров-химиков, чтобы принять процесс и его реализации в техническом масштабе. «БАСФ, наш партнер в проекте уже участвует в оценке промышленной значимости процесса», — говорит Трапп. Учитывая, что годовой объем мирового производства формальдегида превышает со значительным отрывом 20 млн. тонн, а спрос на соединения продолжает расти, эта сравнительно мягкая альтернатива текущему режиму синтеза может внести ощутимый вклад в сокращение выбросов парниковых газов.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!