Nowe badania: przełom w biomateriałach oszczędzających energię dzięki symulacjom molekularnym i superkomputerom

WarsawNaukowcy z Laboratorium Oak Ridge należącego do Departamentu Energii dokonali znaczącego postępu w produkcji nanocelulozy, materiału pochodzącego z roślin. Dzięki wykorzystaniu potężnych komputerów do przeprowadzania symulacji molekularnych, odkryli metody redukcji zużycia energii potrzebnej do obróbki nanocelulozy o 21%. To przełomowe odkrycie może obniżyć koszty i pomóc chronić środowisko.

Naukowcy odkryli, że mieszanka wodorotlenku sodu i mocznika rozpuszczona w wodzie może być skuteczna. Dokonali tego odkrycia, korzystając z symulacji na superkomputerze Frontier, najszybszym komputerze do badań otwartej nauki, zarządzanym przez ORNL. Symulacje śledziły zachowanie około 0,6 miliona atomów, co pomogło naukowcom zrozumieć, jak one współdziałają, bez konieczności przeprowadzania fizycznych eksperymentów.

Kluczowe korzyści:

• Zmniejsza zużycie energii o 21%
• Oszczędności prądu szacowane na około 777 kilowatogodzin na tonę metryczną nanocelulozy
• Zachowuje wytrzymałość mechaniczną i inne pożądane właściwości

Nanoceluloza, uzyskiwana z ścian komórkowych roślin, jest znacznie mocniejsza od stali i wyjątkowo lekka. To sprawia, że doskonale nadaje się do tworzenia materiałów używanych w druku 3D, na przykład do ekologicznego budownictwa i części samochodowych. Dzięki połączeniu technologii komputerowej, wiedzy o materiałach i zaawansowanych metod produkcji, naukowcy udoskonalili proces wytwarzania.

Zobacz również:

Dzisiaj · 02:19

Dieta owocowa wzmacnia odporność wirusową nietoperzy

Efektywne wykorzystanie energii ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia produkcji odnawialnych materiałów i zmniejszenia zależności od produktów na bazie ropy naftowej. To nowe podejście pozwala na stworzenie systemu, w którym priorytetem są materiały odnawialne i biodegradowalne. Taka zmiana może przyczynić się do redukcji emisji dwutlenku węgla, zmniejszenia ilości odpadów oraz wsparcia bardziej zrównoważonych metod produkcji.

Metoda zespołu polegająca na stosowaniu symulacji przed rzeczywistymi testami ustanawia nowy standard w badaniach nad materiałami. Symulacje pozwalają uniknąć kosztownych i czasochłonnych procesów prób i błędów, przyspieszając innowacje. Takie podejście może mieć wpływ na inne dziedziny, prowadząc do szybszego i bardziej efektywnego rozwijania nowych technologii.

ORNL, Uniwersytet Tennessee, Uniwersytet Maine oraz Biuro Nauki DOE połączyły siły, aby rozwiązywać trudne problemy. Projekt ten pokazał, jak potężne mogą być superkomputery w badaniach naukowych i przyczynił się do postępu w tworzeniu wytrzymałych, niskokosztowych materiałów neutralnych węglowo dzięki zaawansowanej produkcji.

Przyszłe badania dążą do znalezienia tańszych sposobów wytwarzania kompozytów wzmocnionych włóknami poprzez eksplorację nowych technik suszenia i kombinacji materiałów. Naukowcy zamierzają wykorzystać symulacje do identyfikacji najlepszych mieszanin, co pomoże usprawnić produkcję tych materiałów w zaawansowanym przemyśle wytwórczym. Te działania wspierają szersze wysiłki na rzecz innowacji i poprawy amerykańskiego sektora produkcyjnego przy użyciu zrównoważonych metod.