Scienziati ORNL: svolta nei biomateriali ecosostenibili grazie a simulazioni molecolari e supercomputer

RomeGli scienziati del laboratorio nazionale di Oak Ridge del Dipartimento dell'Energia hanno compiuto un grande passo avanti nella produzione di nanocellulosa, un materiale derivato dalle piante. Utilizzando potenti computer per eseguire simulazioni molecolari, hanno trovato un modo per ridurre del 21% l'energia necessaria per lavorare la nanocellulosa. Questa scoperta può ridurre i costi e favorire l'ambiente.

Gli scienziati hanno scoperto che una combinazione di idrossido di sodio e urea disciolta in acqua può essere efficace. Hanno fatto questa scoperta usando simulazioni su Frontier, il supercomputer più veloce per la scienza aperta, gestito dall'ORNL. Le simulazioni hanno monitorato il comportamento di circa 0,6 milioni di atomi, aiutando i ricercatori a osservare le loro interazioni senza dover eseguire esperimenti fisici preliminari.

Principali Vantaggi:

• Riduzione del consumo energetico del 21%
• Risparmio stimato di circa 777 chilowattora per tonnellata metrica di nanocellulosa
• Mantenimento della resistenza meccanica e di altre proprietà desiderabili

La nanocellulosa, derivata dalle pareti cellulari delle piante, è molto più resistente dell'acciaio e leggerissima. Questa caratteristica la rende ideale per la creazione di materiali utilizzati nella stampa 3D per abitazioni e parti di automobili ecocompatibili. Grazie alla combinazione di tecnologia informatica, conoscenze sui materiali e metodi avanzati di produzione, i ricercatori hanno ottimizzato il processo produttivo.

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Utilizzare l'energia in modo efficiente è cruciale per aumentare la produzione di materiali rinnovabili e ridurre la nostra dipendenza dai prodotti a base di petrolio. Questo nuovo approccio favorisce un sistema dove i materiali rinnovabili e biodegradabili sono prioritari. Tale cambiamento può abbassare le emissioni di carbonio, ridurre i rifiuti e sostenere metodi di produzione più sostenibili.

Il metodo del team di utilizzare simulazioni prima dei test reali stabilisce un nuovo standard nella ricerca sui materiali. Le simulazioni evitano costosi e lunghi processi di tentativi ed errori, accelerando l'innovazione. Questo approccio potrebbe rivoluzionare anche altri settori, portando a uno sviluppo più rapido ed efficiente di nuove tecnologie.

ORNL, l'Università del Tennessee, l'Università del Maine e l'Ufficio della Scienza del DOE hanno collaborato per affrontare sfide complesse. Questo progetto ha dimostrato la potenza dei supercomputer nella ricerca scientifica e ha fatto passi avanti nello sviluppo di materiali resistenti, a basso costo e a impatto zero utilizzando tecniche di manifattura avanzata.

La ricerca futura mira a trovare metodi più economici per realizzare compositi rinforzati con fibre attraverso l'esplorazione di nuove tecniche di essiccazione e combinazioni di materiali. Gli scienziati utilizzeranno simulazioni per identificare le migliori miscele, migliorando così la produzione di questi materiali per la manifattura avanzata. Questo lavoro sostiene sforzi più ampi per innovare e migliorare la manifattura negli Stati Uniti con metodi sostenibili.