Avances en biomateriales: simulaciones moleculares y supercomputación reducen energía en nanocelulosa un 21%

MadridCientíficos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía han logrado un gran avance en la producción de nanocelulosa, un material derivado de las plantas. Utilizando potentes computadoras para realizar simulaciones moleculares, descubrieron una manera de reducir en un 21% la energía necesaria para procesar la nanocelulosa. Este avance podría disminuir los costos y beneficiar al medio ambiente.

Científicos descubrieron que una mezcla de hidróxido de sodio y urea disuelta en agua puede ser eficaz. Este hallazgo se logró a través de simulaciones realizadas en Frontier, la supercomputadora más rápida para la ciencia abierta, gestionada por ORNL. Las simulaciones monitorearon el comportamiento de aproximadamente 600,000 átomos, permitiendo a los científicos observar sus interacciones sin necesidad de realizar experimentos físicos.

Principales Ventajas:

• Reduce el consumo de energía en un 21%
• Ahorrará aproximadamente 777 kilovatios hora de electricidad por tonelada métrica de nanocelulosa
• Mantiene la resistencia mecánica y otras propiedades deseables

La nanocelulosa, elaborada a partir de las paredes celulares de las plantas, es mucho más fuerte que el acero y extremadamente ligera. Estas características la hacen ideal para la creación de materiales utilizados en la impresión 3D, destinados a viviendas ecológicas y piezas de automóviles. Al combinar tecnología informática, conocimientos de materiales y métodos avanzados de manufactura, los investigadores han mejorado el proceso de producción.

Lea también:

Ayer · 23:18

Los volcanes revelan el calor interno en la luna Ío

Utilizar la energía de manera eficiente es crucial para aumentar la producción de materiales renovables y disminuir nuestra dependencia de productos derivados del petróleo. Este nuevo enfoque fomenta un sistema en el que se priorizan materiales renovables y biodegradables. Este cambio puede reducir las emisiones de carbono, minimizar los desechos y apoyar métodos de fabricación más sostenibles.

El enfoque del equipo de utilizar simulaciones antes de realizar pruebas reales establece un nuevo estándar en la investigación de ciencia de materiales. Las simulaciones permiten evitar procesos costosos y prolongados de prueba y error, acelerando la innovación. Esta metodología podría transformar otros campos, conduciendo a un desarrollo más rápido y eficiente de nuevas tecnologías.

ORNL, la Universidad de Tennessee, la Universidad de Maine y la Oficina de Ciencias del DOE colaboraron para resolver problemas complejos. Este proyecto demostró el poder de los supercomputadores en la investigación científica y avanzó en la creación de materiales fuertes, de bajo costo y neutros en carbono mediante fabricación avanzada.

Investigación futura busca métodos económicos para fabricar composites reforzados con fibra explorando nuevas técnicas de secado y combinaciones de materiales. Científicos utilizarán simulaciones para identificar las mejores mezclas, lo que mejorará la producción de estos materiales para la manufactura avanzada. Este trabajo respalda esfuerzos más amplios para innovar y mejorar la manufactura en EE.UU. con métodos sostenibles.