IA encontra a Química – e os gases de efeito estufa


perdem espaço no ar



O mundo está buscando soluções para as mudanças climáticas — e uma delas 
está sendo desenvolvida atualmente em um laboratório discreto da LANXESS em 
Leverkusen. Ali, uma pequena equipe criou uma nova resina Lewatit® capaz de 
capturar CO2 diretamente do ar ambiente. Como isso aconteceu? A equipe de 
pesquisa, liderada pelo químico Julian Krischel, da BU LPT, trabalhou em parceria com a especialista em ciência de dados Hanna Kahlfeld, da GF IT.

 


Vistas individualmente, as pequenas esferas vermelhas, laranja, pretas ou brancas da marca Lewatit® não parecem muito impressionantes. Mas, juntas, são verdadeiras usinas de energia, e sua versatilidade é fascinante. As esferas da BU LPT removem poluentes da água, ajudam na reciclagem de baterias e podem até reduzir as emissões de CO2 do ar. O único problema é que a filtragem de ar estava, até agora, limitada a espaços fechados, como estufas, submarinos e a Estação Espacial Internacional (ISS). Embora isso já seja bastante impressionante, os desenvolvedores da LPT enxergaram ainda mais potencial no já consolidado Lewatit® VP OC 1065. “Também queríamos que ele capturasse CO2 do ar externo”, diz Julian Krischel, chefe de Inovação de Produto, responsável pelo projeto de Captura Direta de Ar, BU LPT. Somente se isso for bem-sucedido é que as esferas da LANXESS poderão contribuir de forma significativa para conter as mudanças climáticas. A ambição era e continua sendo alta — assim como a pressão pelo sucesso.

Lewatit® com mais potência
Atualmente, cerca de 50 sistemas de captura direta de ar operam no mundo, removendo permanentemente o gás de efeito estufa da atmosfera. No ano passado, eram 20 a menos. Uma das maiores usinas está localizada na Islândia, capturando 4.000 toneladas de CO2 por ano. Uma instalação ainda maior está em construção no mesmo local, com previsão de capturar 36.000 toneladas de CO2 por ano. Até 2030, a meta é remover milhões de toneladas anualmente, e, até 2050, bilhões de toneladas.

“A busca por diferentes soluções técnicas para a adsorção de CO2 é enorme”, afirma Krischel. É um mercado em crescimento. Para tornar o Lewatit® ainda mais potente, a equipe de inovação da LPT trouxe Hanna Kahlfeld, especialista em IA, para colaborar no projeto.

A IA acelera os processos 
Hanna Kahlfeld já tinha experiência na aplicação de IA a problemas complexos como este. “A IA pode ajudar a tornar o desenvolvimento de produtos mais rápido e ainda mais inovador”, explica. A tecnologia triangula dados para gerar sugestões de formulações com maior potencial de desempenho. Esses testes são realizados no laboratório, e os resultados retornam à IA, que refina as próximas recomendações.

No projeto original, havia cerca de 30 variáveis e sete parâmetros-alvo na formulação dos trocadores de íons. Testar todas essas variáveis em uma ampla gama de combinações no laboratório levaria décadas e custaria fortunas. Além disso, havia um problema adicional: apenas uma pequena quantidade de dados de teste estava disponível. “É exatamente aí que nossa abordagem se destaca”, diz Kahlfeld. O modelo de IA não apenas prevê resultados, mas também estima sua incerteza — essencial quando se trabalha com conjuntos de dados pequenos. “Isso nos permite encontrar um caminho claro pelo complexo espaço de parâmetros e reduzir significativamente o número de testes necessários”, resume.

Equilíbrio entre múltiplos parâmetros
O químico Julian Krischel sabia exatamente o que a nova formulação deveria alcançar. Os pellets deveriam absorver grande quantidade de CO2, mas não serem excessivamente porosos. Portanto, capacidade de adsorção, estabilidade e propriedades de expansão precisavam estar em equilíbrio perfeito.

A IA forneceu sugestões de formulações, que Krischel e sua equipe testaram em laboratório. Com base nos resultados, a IA gerou novas recomendações ainda mais precisas. Na segunda iteração, surgiram duas formulações com alto potencial. Krischel rapidamente combinou ambas em uma única versão. O resultado foi um sucesso total. “Depois de apenas duas iterações, encontramos uma formulação que atendeu a todas as nossas expectativas”, afirma. Um excelente exemplo de como a combinação do poder de raciocínio da IA com o conhecimento do domínio humano leva ao sucesso.

Resultado impressionante
Os novos trocadores de íons podem remover duas vezes mais CO2 que os anteriores. Suas propriedades cinéticas, como velocidade de absorção, aumentaram significativamente, impactando diretamente no desempenho geral — tornando-os líderes em sua categoria.

Todo o processo levou apenas dez meses. O primeiro passo está dado. Agora é hora de entrar em produção. “É sempre um momento emocionante quando se passa do laboratório para a planta. Estamos felizes por poder contar com a competência profissional e a experiência de nossos colegas na operação”, afirma Krischel. A partir de 2026, o novo trocador de íons deverá estar disponível. Então, as pequenas esferas poderão atender às altas exigências e contribuir nas instalações de captura direta de ar para resolver o grande problema do aquecimento global (veja também a entrevista à direita).


Informações básicas

Limpeza em Grande Escala no Ar


O gás de efeito estufa CO2 é distribuído de forma relativamente uniforme em nossa atmosfera.

Para operar as usinas de captura direta de ar de maneira especialmente eficiente, elas são construídas onde a energia pode ser gerada a baixo custo.
Por isso, a maior usina do mundo está localizada na Islândia, perto de um vulcão ativo.

Assim, a energia geotérmica da usina pode ser utilizada de forma ideal.

A usina aspira o ar e utiliza filtros químicos para remover o CO2.

Filtros regenerativos, como os da Lewatit®, permitem um processo contínuo e sustentável, minimizando o impacto ambiental e os custos com a substituição do material.

O gás coletado é então armazenado no subsolo, onde se mineraliza naturalmente e permanece armazenado permanentemente.


Entrevista

"Queremos fazer a diferença"

O chefe de pesquisa de Captura Direta de Ar, Julian Krischel, fala em entrevista ao Xpress sobre a etapa final: levar a nova fórmula do laboratório para a produção. Somente quando a nova Lewatit® para filtragem de CO2 também for escalonável, um novo e importante mercado futuro se abrirá para a LANXESS.

Entre dois compromissos com os encarregados, discutir o feedback mais recente dos clientes ou verificar os valores medidos mais recentes, Julian Krischel, Chefe de Desenvolvimento de Produtos Inovadores da unidade de negócios LPT, tem feito parte da vida cotidiana há cerca de um ano. Ele e uma pequena equipe estão trabalhando arduamente para trazer o recém-desenvolvido Lewatit® para alcançar um avanço: O objetivo é que CO2do ar externo - de forma permanente, eficiente e em escala. Seu escritório no tradicional edifício Q18 no Chempark Leverkusen e o espaço do laboratório disponível para sua equipe ficam a apenas alguns metros de distância. "Dessa forma, posso ficar bem próximo, mesmo quando a agenda está cheia", diz ele. 

Ele considera um grande privilégio que os três pesquisadores possam se concentrar totalmente em um único tópico e uma grande responsabilidade usar os recursos fornecidos com sabedoria. "É claro que temos a obrigação de apresentar resultados o mais rápido possível", diz ele. "Felizmente, conseguimos fazer isso muito bem até agora, graças ao grande apoio que recebemos de Marketing, Operações, nossos especialistas em IA e também da gerência da BU." Novas amostras de Lewatit® O Aeropure chegou da fábrica - um momento sempre cheio de entusiasmo e expectativa para a equipe.

Sr. Krischel, como está o dimensionamento do novo Lewatit@ na empresa? 
Julian Krischel: Os primeiros testes operacionais estão sendo realizados no momento. É claro que sempre tivemos em mente as condições de operação durante o desenvolvimento, mas o chamado "upscaling" traz seus próprios desafios. Em vez das caldeiras de três litros nas quais estávamos produzindo aqui no laboratório até agora, o processo agora precisa ser transferido para plantas de produção com capacidade de mais de dez metros cúbicos. Os resultados iniciais são promissores e, por isso, estamos confiantes de que tudo correrá conforme o planejado.

A nova tecnologia ainda está em sua infância. Qual é o tamanho de seu potencial de mercado?
Enorme. As condições da estrutura política, como a CO2-O comércio de certificados está impulsionando a demanda por novas tecnologias de ar condicionado. Vemos um mercado futuro - especialmente em sistemas de captura direta de ar - que está apenas começando. E queremos ajudar a moldá-lo desde o início. Nossos mais de 80 anos de experiência com trocadores de íons são, obviamente, uma vantagem real aqui - já temos uma riqueza de conhecimentos de mais de 170 produtos para aproveitar. Em muitos mercados, nossos produtos são considerados referência, o que abre portas. 

Qual é a importância da colaboração do com o para o nosso cliente? 
Ele é central e o ponto de partida para todo novo desenvolvimento. Isso ocorre porque cada sistema funciona de forma um pouco diferente em termos técnicos ou tem seus próprios requisitos específicos devido à sua localização e às condições externas associadas, como temperatura ou umidade. Capacidade, durabilidade, velocidade - junto com o cliente, definimos todos os parâmetros até os mínimos detalhes e, em seguida, o produto é amplamente testado pelo cliente. Nosso objetivo é desenvolver um material de base flexível que possa ser adaptado a diferentes cenários de aplicação com o mínimo de esforço.

Qualquer pessoa que se aprofunde em um tópico por tanto tempo: O que o motiva pessoalmente? 
A chance de fazer uma diferença real com a pesquisa. Nossa tecnologia torna isso possível, CO2 do ar permanentemente - uma importante alavanca para um clima melhor. O produto em si também é sustentável: embora tenha que ser regenerado em ciclos apropriados, nossos trocadores de íons são eficientes por um longo período de tempo. O ar e a água limpos não podem ser considerados garantidos - eles são essenciais para a nossa qualidade de vida. Fazer uma contribuição para isso é simplesmente uma sensação maravilhosa.

Interessado em receber suporte de IA para seu projeto de P&D? Fale com Hanna Kahlfeld ou com a equipe “IT Analytics & AI – Procurement & R&D Analytics”!