Doorbraak in energiezuinige biomaterialen dankzij moleculaire simulaties en supercomputing bij Oak Ridge National Laboratory

AmsterdamWetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory van het Ministerie van Energie hebben een grote doorbraak bereikt in de productie van nanocellulose, een materiaal afkomstig van planten. Door krachtige computers te gebruiken voor moleculaire simulaties, hebben ze een manier gevonden om de benodigde energie voor het verwerken van nanocellulose met 21% te verminderen. Deze doorbraak kan kosten verlagen en het milieu ten goede komen.

Wetenschappers ontdekten dat een mengsel van natriumhydroxide en ureum opgelost in water effectief kan zijn. Deze ontdekking deden ze met behulp van simulaties op Frontier, de snelste supercomputer voor open wetenschap, beheerd door ORNL. De simulaties volgden het gedrag van ongeveer 0,6 miljoen atomen, wat de wetenschappers hielp te begrijpen hoe deze atomen met elkaar omgaan zonder eerst fysieke experimenten te hoeven uitvoeren.

Belangrijkste Voordelen:

• Vermindert het energieverbruik met 21%
• Bespaart ongeveer 777 kilowattuur elektriciteit per ton nanocellulose
• Behoudt de mechanische sterkte en andere gewenste eigenschappen

Nanocellulose, afkomstig van plantencelwanden, is veel sterker dan staal en zeer licht. Dit maakt het ideaal voor het creëren van materialen voor 3D-printen, zoals milieuvriendelijke huizen en auto-onderdelen. Door computertechnologie, materiaalkennis en geavanceerde productiemethoden te combineren, hebben onderzoekers het productieproces verbeterd.

Lees ook:

Vandaag · 04:18

Tijdelijke krachten voeden vulkanen op Jupiters maan Io

Efficiënt energiegebruik is cruciaal voor de toename van de productie van hernieuwbare materialen en het verminderen van onze afhankelijkheid van aardolieproducten. Deze nieuwe benadering bevordert een systeem waarin hernieuwbare en biologisch afbreekbare materialen de voorkeur krijgen. Deze verandering kan de koolstofuitstoot verminderen, afval beperken en duurzamere productiemethoden ondersteunen.

De methode van het team om simulaties in te zetten vóór daadwerkelijke tests zet een nieuwe standaard in materiaalwetenschappelijk onderzoek. Simulaties vermijden kostbare en tijdrovende trial-and-error processen, wat de innovatie versnelt. Deze benadering kan ook andere vakgebieden transformeren, leidend tot snellere en efficiëntere ontwikkeling van nieuwe technologieën.

ORNL, de Universiteit van Tennessee, de Universiteit van Maine en het DOE Office of Science sloegen de handen ineen om complexe problemen op te lossen. Dit project toonde aan hoe krachtig supercomputers zijn in wetenschappelijk onderzoek en boekte vooruitgang in de ontwikkeling van sterke, goedkope, koolstofneutrale materialen met geavanceerde productie.

Toekomstig onderzoek richt zich op goedkopere methoden voor het maken van vezelversterkte composieten door nieuwe droogtechnieken en materiaalcombinaties te verkennen. Wetenschappers zullen simulaties gebruiken om de beste mengsels te identificeren, wat helpt bij het verbeteren van de productie van deze materialen voor geavanceerde fabricage. Dit werk ondersteunt bredere inspanningen om de Amerikaanse productie te innoveren en te verbeteren met duurzame methoden.