La IA se une a la Quimica …

… y los gases de efecto invernadero se están quedando sin aire

El mundo busca soluciones al cambio climático y una de ellas se está desarrollando actualmente en un discreto laboratorio de LANXESS en Leverkusen. Allí, un pequeño equipo ha desarrollado un nuevo producto con un gran potencial: una nueva resina Lewatit® que contiene CO2 directamente del aire exterior. ¿Cómo se ha conseguido? El equipo de investigación, dirigido por el químico Julian Krischel (BU LPT), se asoció con su colega de ciencia de datos, Hanna Kahlfeld (GF IT).

Vistas individualmente, las pequeñas cuentas rojas, naranjas, negras o blancas de la marca Lewatit no parecen gran cosa.®. Pero juntas son auténticos portentos y su versatilidad es fascinante. Las perlas BU LPT eliminan los contaminantes del agua, ayudan a reciclar las pilas e incluso pueden reducir las emisiones de CO2  del aire. La única pega es que hasta ahora la filtración de aire se limitaba a espacios cerrados como invernaderos, submarinos y la estación espacial ISS. Aunque esto ya es bastante impresionante, los desarrolladores de LPT vieron más potencial en su ya establecido Lewatit® VP OC 1065. "También queríamos CO2  del aire exterior", afirma Julian Krischel, Jefe de Innovación de Productos, responsable del proyecto Captura Directa del Aire, BU LPT. Porque sólo si tuviera éxito, las cuentas de LANXESS contribuirían significativamente a frenar el cambio climático. La ambición era y es, por tanto, alta, como lo es la presión para conseguirlo.

Lewatit® con más potencia

En la actualidad funcionan en todo el mundo unos 50 sistemas de captura directa de aire capaces de eliminar permanentemente el gas de efecto invernadero del aire. El año pasado había 20 menos. Una de las mayores plantas se encuentra en Islandia. Captura 4.000 toneladas de CO2 al año procedentes del aire. Actualmente se está construyendo allí una planta mucho mayor: se espera que produzca 36.000 toneladas de CO2  al año. Para 2030, la empresa prevé reducir varios millones de toneladas de CO2 al año, y en 2050 serán varios miles de millones.

"La búsqueda de diferentes soluciones técnicas para la adsorción de CO2  es enorme", afirma Krischel. Un mercado en crecimiento. Pero para nuestra tarea, el Lewatit® más potente. Para lograrlo, el equipo de innovación de LPT incorporó a Hanna Kahlfeld, experta en IA. La IA acelera los Ppocesos Hanna Kahlfeld está familiarizada con la aplicación de la IA a problemas como este: "La IA puede ayudar a que el desarrollo de productos sea más rápido e incluso más innovador". La IA se triangula con los datos de tal forma que genera específicamente sugerencias de recetas con el mayor aumento de rendimiento esperado. A continuación, estas recetas se prueban en el laboratorio. En función de los resultados de las pruebas, la IA puede "alimentarse" con datos aún mejores.

En la formulación existente para los intercambiadores de iones había unas 30 variables y siete parámetros objetivo. Probar todas estas variables en una amplia gama de variantes para una nueva formulación en el laboratorio habría llevado décadas y ocasionado costes inmensos. En este caso concreto, había un problema adicional: sólo se disponía de una pequeña cantidad de datos de pruebas. "Aquí es exactamente donde nuestro método resulta útil", afirma Kahlfeld. El modelo de IA no sólo puede hacer predicciones, sino también estimar su incertidumbre. Especialmente con conjuntos de datos pequeños, esto es crucial para llegar a mejores recetas. "Esto nos permite encontrar un camino claro a través del complejo espacio de parámetros y reducir significativamente el número de ensayos necesarios", resume Kahlfeld.

Relación de muchos parámetros decisivo

El químico Julian Krischel sabía exactamente lo que debía conseguir la nueva formulación. Los gránulos debían absorber mucho CO2  pero no debe ser demasiado poroso. Por tanto, la capacidad de adsorción, la estabilidad y las propiedades de hinchamiento debían estar en el equilibrio adecuado. La IA proporcionó sugerencias de recetas, que Krischel y su equipo probaron en el laboratorio. Kahlfeld devolvió los resultados del laboratorio a la IA para que pudiera generar sugerencias de recetas aún mejores. En la segunda iteración, la IA sugirió dos nuevas fórmulas que el modelo predijo que funcionarían muy bien en varias áreas. Krischel se dio cuenta de que el potencial era aún mayor y combinó rápidamente las dos fórmulas. Su nueva fórmula fue un éxito rotundo. "Tras sólo dos iteraciones del experimento, habíamos encontrado una formulación que cumplía todas nuestras expectativas", afirma Krischel. Este es un excelente ejemplo de cómo la clave del éxito reside en la combinación de la capacidad de pensamiento de la IA y la experiencia en el sector.

Resultado impresionante

El resultado es impresionante: Los nuevos intercambiadores de iones pueden eliminar el doble de CO2  como los utilizados anteriormente. Sus propiedades cinéticas ("velocidad de absorción") han aumentado. Esto repercute en su rendimiento general: se encuentran entre los mejores de su clase.

El equipo sólo necesitó diez meses para todo el proceso. Por tanto, se ha completado el primer paso. Ahora es el momento de la producción. "Siempre es un momento emocionante cuando pasamos del laboratorio a la planta. Nos alegra poder contar con los conocimientos y la experiencia de nuestros colegas de la planta", afirma Krischel. El nuevo intercambiador de iones estará disponible a partir de 2026. Para entonces, las pequeñas perlas podrán cumplir las grandes expectativas y contribuir a resolver el grave problema del calentamiento global en las plantas de captura directa de aire.