Ny studie: energibesparande genombrott i biomaterial med molekylsimuleringar och superdatorer vid nanocellulosa.

StockholmForskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har gjort stora framsteg inom produktionen av nanocellulosa, ett material från växter. Genom att använda kraftfulla datorer för att utföra molekylära simuleringar har de hittat ett sätt att minska den energi som krävs för att bearbeta nanocellulosa med 21%. Detta genombrott kan minska kostnaderna och gynna miljön.

Forskare upptäckte att en blandning av natriumhydroxid och urea, upplöst i vatten, kan vara effektiv. De gjorde denna upptäckt genom att använda simuleringar på Frontier, världens snabbaste superdator för öppen vetenskap, som förvaltas av ORNL. Simuleringarna följde beteendet hos omkring 0,6 miljoner atomer, vilket hjälpte forskarna att se hur de interagerar utan att behöva genomföra fysiska experiment först.

Viktiga fördelar:

• Minskar energiförbrukningen med 21%
• Beräknad elbesparing på ungefär 777 kilowattimmar per metriskt ton nanocellulosa
• Bevarar mekanisk styrka och andra önskvärda egenskaper

Nanocellulosa, som utvinns från växtcellväggar, är mycket starkare än stål och väldigt lätt. Detta gör det idealiskt för att skapa material som används inom 3D-utskrift för miljövänligt boende och bildelar. Genom att kombinera datorteknik, materialkunskap och avancerade tillverkningsmetoder har forskare förbättrat produktionsprocessen.

Läs också:

Idag · 19:48

Kortvarig hormonbehandling påverkar inte långsiktig kognition hos kvinnor i tidig postmenopaus.

Att använda energi effektivt är avgörande för att öka produktionen av förnybara material och minska vårt beroende av petroleumbaserade produkter. Denna nya strategi främjar ett system där förnybara och biologiskt nedbrytbara material prioriteras. Förändringen kan minska koldioxidutsläpp, minska avfall och stödja mer hållbara tillverkningsmetoder.

Teamets metod att använda simuleringar innan verkliga tester sätter en ny standard inom materialvetenskaplig forskning. Simuleringar bidrar till att undvika kostsamma och tidskrävande försök-och-misstag-processer, vilket påskyndar innovationen. Denna strategi kan även påverka andra områden, vilket leder till snabbare och effektivare utveckling av ny teknik.

ORNL, University of Tennessee, University of Maine och DOE:s vetenskapskontor samarbetade för att lösa svåra problem. Projektet visade på superdatorernas kraft inom vetenskaplig forskning och gjorde framsteg i att skapa starka, kostnadseffektiva, koldioxidneutrala material genom avancerad tillverkning.

Framtida forskning försöker hitta billigare metoder för att tillverka fiberförstärkta kompositer genom att undersöka nya torkningsmetoder och materialkombinationer. Forskare kommer att använda simuleringar för att identifiera de bästa blandningarna, vilket kommer att bidra till att förbättra produktionen av dessa material för avancerad tillverkning. Detta arbete stöder bredare ansträngningar för att förnya och förbättra amerikansk tillverkning med hållbara metoder.