A Nature Communications folyóiratban publikált a BME VBK adjunktusa, aki résztvett az első kettős kötést tartalmazó alumíniumvegyületet állításában egy berlini kutatócsoportban.

„A modern kémia nem olyan egyszerű, ahogyan azt a középiskolában tanítják, tehát felírok vegyjeleket és vonalakkal jelölök kötéseket: ma már a nagyteljesítményű számítógépek egészen új utakat jelölnek ki” – válaszolta a bme.hu kérdésére Szilvási Tibor, a BME Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék adjunktusa, aki jelenleg az Egyesült Államokban lévő Wisconsini Állami Egyetem (Madison) vendégkutatója. Az ún. számításos kémia specialistájaként elméleti kérdésekkel foglalkozik, és számítógép segítségével, azaz virtuálisan tervez vegyületeket és reakciókat és ezek tulajdonságait vizsgálja.

„Ma már sok esetben a számítógépek segítségével sokkal gyorsabban és olcsóbban ’végigzongorázható’ a lehetséges molekulák és reakcióik kimenetele, mintha ugyanezeket laboratóriumi körülmények között vizsgálnánk meg. Így végül elég csak a leghasznosabbnak tűnő anyagokat és reakciókat kiválasztani a további munkához” – ecsetelte a kutató, aki a közelmúltban jelentős publikáció társszerzője lett: a Berlini Műszaki Egyetemen dolgozó Shigeyoshi Inoue kutatócsoportjával először számoltak be egy alumínium-tellúr kettős kötést tartalmazó vegyület előállításáról a Nature Communications folyóiratban.

„Ez azért is áttörés, mert a kettős kötést tartalmazó vegyületek könnyen reagálnak, így könnyen átalakíthatók más vegyületekké” – magyarázta kutató. „A kémikusok régen úgy gondolták, hogy csak néhány elemmel lehetséges kettős kötést tartalmazó vegyületek létrehozása, ilyen például a szén vagy az oxigén. Az elmúlt harminc évben azonban sikerült rengeteg más elemmel is megvalósítani többszörös kötést tartalmazó vegyületetek, így új, a későbbiekben rendkívül hasznos vegyülethez juthattunk, amelyek közül soknak már fontos ipari alkalmazása is van. Az alumínium, ami a harmadik leggyakoribb elem a földkéregben, volt a kevés fontos elem egyike, amellyel ez még nem sikerült, így az alumínium-kémia jórészt egy szinte máig feltáratlan terület maradt. Problémát jelentett az is, hogy kísérleti úton sok esetben nem lehetett igazolni az alumínium esetleges kettős kötésének létét. A szóban forgó publikációt eredményező kutatások kísérleti részét az a berlini kutatócsoport végezte, amellyel régóta kapcsolatban álltam: ők jelezték, hogy találtak egy vegyületet, amiről sejtik, hogy kettős kötéses alumíniumvegyület lehet. Nekem elméleti módszerekkel és számítógépes modellek megalkotásával, más vegyületek analógiájára kellett igazolnom ezt. Így ötleteket tudtam adni egyéb vegyületek és reakciók vizsgálatára is: ez által a laborban olyan reakciókat találtak, amelyek csak a kettős kötéses vegyületekre jellemzők. Az általunk előállított molekula tehát egészen új vegyületek kiindulási pontjává válhat, és így új dimenziókat nyithat. Persze ez még alapkutatás, gyakorlati alkalmazás csak később lehet belőle.”

Szilvási Tibor jelenleg az amerikai egyetem „Computational Surface Science and Catalysis Group” kutatócsoportjának tagjaként dolgozik, berlini szakmai kapcsolatai ajánlották Madisonba is.„Szerencsére nagyon gyorsan ’ráharaptak’ a jelentkezésemre, mert éppen egy az én hátteremmel rendelkező szakembert kerestek” – mesélte. Madisonban számos, már futó projektbe kapcsolódott be, ezek egyike keretében olyan reakciókat vizsgálnak, amelyekkel a széntüzelésű erőművek működésekor a légkörbe jutó higanyvegyületek kialakulása magyarázható meg. E rendkívül mérgező anyagok némelyike felgyűlhet és valódi globális környezeti problémát jelenthet. „A kutatócsoport jó hasznát vette nemcsak számítástechnikai, hanem kémiai ismereteimnek is” – emlékezett a kutató. „Most már ismerjük az okokat és a vegyületek kialakulásának mechanizmusait. A következő fázis a vegyületek kialakulásának megakadályozása vagy a keletkező mérgező vegyületek megkötése.”

Kép forrása: nature.com

A nemzetközi kutatócsoportot többek között kínai, indiai, török és egyiptomi kutatók alkotják. A nemzetközi csapat felállításának egyik oka, hogy viszonylag kevés amerikai diák választja a természettudományos pályát, mert a tengerentúlon az a fiatalok véleménye, hogy az komoly idő- és energia-befektetést igényel, ám anyagi szempontból nem a legkedvezőbb. Az amerikai egyetemek így vonzó ösztöndíjakkal és munkalehetőségekkel csábítják a külföldi tehetségeket. A magyar kutató az itthon megszerzett színvonalas és sokoldalú tudásnak is tulajdonítja sikeres beilleszkedését.  „Vegyészmérnöki és mérnök-fizikusi tanulmányokat is folytattam. A számításos kémia ráadásul nagyrészt fizika, csak a végeredményt ’le kell fordítani’ a kémia nyelvére.”

„Ha a kémia teljes spektrumára gondolunk, akkor hatalmas különbségek vannak a magyarországi és az itteni laborok felszereltsége között” – fejtette ki a magyar kutató, aki úgy véli, a kísérletes kémia hatalmas pénzeket hozhat a gazdaságnak, de óriási befektetést igényel, amire elsősorban az Egyesült Államok és más gazdag országok képesek. A magyar kutatóknak ezért azt tanácsolja, hogy csiszolják tudásukat a számításos kémiában, mivel számítógép „mindenhol van”. „Otthon rendszeresen pályáztam a BME nagy szuperszámítógépének gépidejére. A Superman egyik legnagyobb felhasználója vagyok: rendkívül hasznos, e nélkül nem tudnék dolgozni. Meggyőződésem, hogy a számítógépparkunk fejlesztésében van keresnivalónk, ha a magyarországi kémia kitörési pontot keres.”

Szilvási Tibor szerint ebben a szegmensben még előny is lehet, ha egy országban korlátozottak az anyagi források, mert ez utóbbi rákényszeríti a kutatókat a kreativitásra. „Az a problémamegoldó képesség, ami az otthoni ’túléléshez’ volt szükséges, Amerikában ismeretlen, éppen a kedvező körülményeknek köszönhetően. Otthon például esélyem sem volt arra, hogy szimulációt futtassak egymillió processzoron, és amikor ezt megemlítettem az amerikai kollégáimnak, először vállat vontak, hiszen itt rendelkezésre áll akár tízmillió processzor is egy számításhoz, ha szükséges. De amikor futtatni kellett a programot, kiderült, hogy csak a legalapvetőbb ismereteik vannak meg, és fogalmuk sincs annak hátteréről. Nekem itthon minden lehetőséget ’ki kellett facsarnom’ a számítógépekből, hogy a legjobb eredményeket érjem el. Itt ezeket a készségeket remekül kihasználom.” A kutató egyik első madisoni megbízása egy olyan projekt gyorsítása volt, amely már két éve megrekedt, és egyetlen hét alatt ezerszer gyorsabbá sikerült tennie a számításokat. Kérdésünkre elárulta, hogy a következő hónapokban négy-öt új publikáció születik ebből a kutatásból.

A számításos kémia az utóbbi években robbanásszerű fejlődésen ment keresztül. „A jelenlegi gépekkel már a valósághoz nagyon közeli szimulációkat tudunk futtatni sok esetben, így elérkeztünk oda, hogy azonnal jelentkeznek a gyakorlati alkalmazások, például a gyógyszerkémia területén” – ecsetelte a kutató, hozzátéve, hogy a BME-n ígéretes jövőt lát abban az együttműködésben a japán Furukawa Electric-kel, amelyet kémiai oldalról Veszprémi Tamás, a Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék professzor emeritusa koordinál. „Ennek a vállalatnak korábban csak japán kutatóintézetei voltak, a budapesti volt az első külföldi. Mára komoly megbecsülést vívott ki magának a budapesti kutatóintézet a japán anyavállalatnál, mivel viszonylag olcsón dolgozunk, és jól értünk a területünkhöz. Ez az intézet most nagyon felfutott, a végzős BME-s diákok közül is sokan mennek e céghez dolgozni.”

Szilvási Tibor két évre szól a Wisconsini Állami Egyetemen. Ez alatt műegyetemi kapcsolatait is ápolja. „Jelenleg is van diplomázó hallgatóm. Személyesen ugyan nem leszek jelen a védésén, de interneten intenzíven tartom vele a kapcsolatot.”

HA - TJ

Fotó: Szilvási Tibor