분자 시뮬레이션과 슈퍼컴퓨터 활용으로 나노셀룰로오스 생산 에너지 21% 절감 발견 최신 연구

Seoul에너지부의 오크리지 국립연구소 과학자들은 식물에서 얻어지는 소재인 나노셀룰로오스 제조에 큰 진전을 이뤘습니다. 강력한 컴퓨터를 사용하여 분자 시뮬레이션을 실행함으로써 나노셀룰로오스를 처리하는 데 필요한 에너지를 21% 절감하는 방법을 발견했습니다. 이 혁신은 비용 절감과 환경 보호에 기여할 수 있습니다.

과학자들은 수산화 나트륨과 요소를 물에 혼합하면 효과적일 수 있다는 것을 발견했습니다. 이들은 ORNL이 관리하는 오픈 사이언스 분야에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프론티어를 사용하여 시뮬레이션을 통해 이 발견을 했습니다. 시뮬레이션에서는 약 60만 개의 원자가 어떻게 상호작용하는지를 추적하여 물리적 실험 없이도 그 상호작용을 이해할 수 있도록 도왔습니다.

주요 장점:

• 에너지 소비를 21% 줄입니다.
• 나노셀룰로오스 1톤당 약 777킬로와트시의 전기 절약이 예상됩니다.
• 기계적 강도와 다른 바람직한 특성을 유지합니다.

나노셀룰로오스는 식물 세포벽에서 추출되며, 강철보다 훨씬 강하고 매우 가볍습니다. 이러한 특성 덕분에 친환경 주택 및 자동차 부품 제작을 위한 3D 프린팅 재료로 적합합니다. 연구자들은 컴퓨터 기술, 재료 지식, 고급 제조 기법을 결합하여 생산 공정을 개선해 왔습니다.

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에너지를 효율적으로 사용하는 것은 재생 가능한 소재의 생산을 늘리고, 석유 기반 제품에 대한 의존도를 줄이는 데 중요합니다. 이러한 새로운 접근 방식은 재생 가능하고 생분해성 있는 소재를 우선시하는 시스템을 만듭니다. 이러한 변화는 탄소 배출을 줄이고, 폐기물을 줄이며, 더 지속 가능한 제조 방법을 지원할 수 있습니다.

팀이 실제 테스트에 앞서 시뮬레이션을 사용하는 방법은 재료 과학 연구에서 새로운 기준을 제시하고 있습니다. 시뮬레이션은 비용이 많이 들고 시간이 소모되는 시행착오 과정을 피할 수 있게 하여 혁신을 가속화합니다. 이러한 접근 방식은 다른 분야에도 변화를 가져와 새로운 기술 개발이 더욱 빠르고 효율적으로 이루어질 수 있습니다.

ORNL, 테네시 대학교, 메인 대학교, 그리고 DOE 과학부는 어려운 문제를 해결하기 위해 협력했습니다. 이 프로젝트는 과학 연구에서 슈퍼컴퓨터의 강력함을 보여주었고, 첨단 제조 기술을 통해 강력하고 저렴한 탄소중립 소재를 개발하는 데 진전을 이뤘습니다.

미래 연구는 새로운 건조 기술과 재료 조합을 탐구하여 섬유 강화 복합재료를 더 저렴하게 만드는 방법을 찾는 것을 목표로 하고 있습니다. 과학자들은 시뮬레이션을 활용해 최적의 혼합물을 찾아내어, 이러한 소재의 생산을 개선하고 첨단 제조에 기여하려고 합니다. 이 연구는 지속 가능한 방법으로 미국 제조업의 혁신과 향상을 지원하는 광범위한 노력의 일환입니다.