Βιώσιμη εκμετάλλευση οξυγονούχων οργανικών ενώσεων βιομάζας: προσομοίωση αντιδράσεων με μοντέλα βασισμένα σε ab initio υπολογισμούς - Παρασκευάς, Πασχάλης (Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2015)
Η βιομάζα, ως μία πηγή ανανεώσιμης ενέργειας, μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην αντιμετώπιση της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής και την επίδρασής της στην ανθρωπότητα. Η δυνατότητα μετατροπής της βιομάζας σε καύσιμα, ενέργεια, χημικά και βιομηχανικά προϊόντα αναμένεται να αυξήσει την αξία της τα επόμενα χρόνια, εξαιτίας της επιτακτικής ανάγκης για βιώσιμη ανάπτυξη και για δημιουργία περιβαλλοντικά φιλικών προϊόντων. Πολλές από τις βασικές μεθόδους μετατροπής της βιομάζας, όπως η καύση, η αεριοποίηση και η πυρόλυση, βασίζονται στη χημεία των ελευθέρων ριζών. Η βελτιστοποίηση των διεργασιών αυτών απαιτεί την ανάπτυξη θεμελιωδών κινητικών μοντέλων που περιέχουν χιλιάδες αντιδράσεις. Και η ανάπτυξη των μοντέλων αυτών καθιστά απαραίτητη τη γνώση όλων των θερμοδυναμικών και κινητικών παραμέτρων των εμπλεκόμενων ενώσεων και αντιδράσεων. Η απόκτηση όλων των αναγκαίων δεδομένων μέσω πειραμάτων είναι αδύνατη, κυρίως λόγω της υψηλής δραστικότητας των ενδιαμέσων σχηματιζόμενων ριζών. Η Υπολογιστική Χημεία προσφέρει ένα αξιόπιστο, συμπληρωματικό στα πειραματικά δεδομένα, εργαλείο, συμβάλλοντας στην απόκτηση θερμοδυναμικών και κινητικών δεδομένων μεγάλης ακρίβειας για ένα ευρύ φάσμα χημικών ενώσεων. Το βασικό της μειονέκτημα είναι το αυξανόμενο υπολογιστικό κόστος καθώς αυξάνει το μέγεθος των υπό μελέτη ενώσεων. Ενναλλακτικά, ακριβή δεδομένα για μεγαλύτερες ενώσεις μπορούν να προκύψουν από τη χρήση μεθόδων προσθετικών ιδιοτήτων κατά ομάδες που βασίζονται σε σχέσεις δομής-ιδιοτήτων και οι οποίες συσχετίζουν παραμέτρους με τις αντίστοιχες λειτουργικές μονάδες στη δομή μία ένωσης. Αυτές οι παράμετροι για μεγαλύτερες ενώσεις μπορούν να προκύψουν χρησιμοποιώντας μεθόδους υπολογιστικής χημείας για μικρότερα μόρια. Αντικειμενικός Σκοπός Ο αντικειμενικός σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη μοντέλων μεγάλης ακρίβειας για τον προσδιορισμό θερμοδυναμικών ιδιοτήτων οξυγονούχων οργανικών ενώσεων και τον προσδιορισμό των παραμέτρων της εξίσωσης Arrhenius και των κινητικών αντιδράσεων για μερικούς από τους σημαντικότερους τύπους αντιδράσεων που συμμετέχουν στη θερμική αποδόμηση οξυγονούχων οργανικών ενώσεων. Οι θερμοδυναμικές παράμετροι και τα κινητικά δεδομένα που θα προκύψουν υπολογιστικά θα χρησιμοποιηθούν, σε συνδυασμό με τα μοντέλα θερμοδυναμικών ιδιοτήτων που θα αναπτυχθούν στο πλαίσιο της εργασίας αυτής, για την προσομοίωση της πυρόλυσης του μεθυλεστέρα βουτυρικού οξέος, μίας ένωσης που προσομοιάζει τις βασικές ιδιότητες του βιοντήζελ.