Ampliar el potencial de las nanotecnologías en el ámbito del acceso al agua limpia.

Dr. Francois Gray
CNNM, Universidad de Tsinghua, Beijing, Centro de Cibernética de la Ciudad de China, Ginebra, Suiza
6 de julio de 2015

Breve resumen
El equipo de cálculo de Agua Pura descubrió que el agua puede atravesar los nanotubos más delgados con mucha más libertad de lo que se pensaba. Esta comprensión innovadora de los procesos físicos fundamentales puede servir para aumentar la disponibilidad de agua pura para millones, a través de métodos más eficientes de filtración y desalinización de agua. Además, es posible aplicar en los campos de la energía médica y limpia. Este descubrimiento ya ha sido publicado en Nature Nanotechnology, la revista más respetada sobre natotecnología.



La visualización fue creada por voluntarios para estudiar la interacción del agua y los nanotubos de carbono. El agua pura es la base de la vida, ahora, millones de personas en todo el mundo experimentarán su falta. Nuestro equipo descubrió un fenómeno que podría ser un paso importante en el camino hacia la obtención de agua limpia para todos los necesitados. Hoy, alrededor de un millón de personas mueren cada año debido al agua de baja calidad, junto con esto, la población está creciendo, el clima está cambiando y el problema empeorará. Los sistemas viales existentes y los necesitados a menudo no están disponibles. Los estudios llamados "Cálculos" Agua Pura "pueden cambiar la situación. Y este sorprendente hallazgo fue publicado recientemente en la revista líder en nanotecnología, Nature Nanotechnology.

Básicamente, este descubrimiento aborda la pregunta: "¿Cómo podemos potencialmente, es decir? de la manera más eficiente posible a un costo menor, use nanotubos de carbono para crear filtros de agua ". Los nanotubos de carbono crean láminas con un espesor de un átomo, llamado grafeno, retorcidas en tubos delgados, con un diámetro de varios nanómetros (aproximadamente una diezmilésima parte del diámetro de un cabello humano). Este diámetro de los tubos permite que las moléculas de agua pasen a través de ellos y retengan partículas grandes y microorganismos durante la filtración de agua. Son tan pequeños que la comunidad científica ha sugerido que el agua los atravesará demasiado lentamente para una reconciliación práctica. Sin embargo, los primeros experimentos mostraron que el agua a veces pasa mucho más fácil de lo esperado.



Aumentar el flujo puede significar un filtro más eficiente, pero debido a la falta de suficiente potencia informática, hasta ahora, ha habido una gran brecha entre lo que los científicos pueden entender a través del modelado por computadora y lo que se puede obtener en condiciones reales. Los investigadores de este proyecto se han centrado en eliminar esta deficiencia. A través de la computación distribuida utilizando la red World Community Grid, fue posible descubrir que ciertos tipos de vibraciones naturales llamadas vibraciones fonónicas , bajo ciertas condiciones, pueden conducir a un aumento del 300% en el grado de difusión ( podemos decir que el flujo) agua a través de nanotubos de carbono, que es comparable con cálculos teóricos anteriores. Es especialmente importante que con una pequeña vibración haya una liberación natural de energía térmica, que se encuentra naturalmente en todos los materiales, por lo tanto, no hay necesidad de fuentes de energía externas para aprovechar este fenómeno.

¿Qué puede indicar este descubrimiento en futuras investigaciones? Una aplicación directa en el uso de las nuevas ideas de este modelado práctico es el desarrollo de filtros de agua efectivos. Si los experimentos confirman los supuestos, dichos filtros pueden ayudar a aumentar la disponibilidad de agua limpia para millones de personas en todo el mundo. También es posible obtener formas más baratas de obtener agua dulce (en particular, del mar).

El uso de este fenómeno a nanoescala creará membranas y filtros que revolucionarán muchos procesos e incluso industrias relacionadas con el agua o, en general, los líquidos. Por ejemplo, este descubrimiento permitirá el suministro de medicamentos a través de canales delgados a través de las paredes de una célula viva. En el futuro, esto puede ser aplicable para probar el proceso de generación de energía limpia mediante la mezcla de agua pura y salada, conocida como plantas de energía osmótica.

Logramos descubrir estas diversas oportunidades solo gracias a los voluntarios, porque ningún equipo de investigación ha tenido tanta potencia informática necesaria para ejecutar una simulación tan detallada para estudiar las condiciones de flujo en filtros reales. Los socios de World Community Grid y más de 150,000 voluntarios participaron en este proyecto, donde lograron simular una corriente de agua con detalles aún no disponibles, donde se descubrieron fenómenos que no se encontraron en las etapas anteriores del estudio.


Informática para los miembros del equipo de agua limpia: Zhiping Xu, Ming Ma Quanshui Zheng y Francois Gray

Este trabajo, el resultado de la colaboración global entre investigadores de China, Suiza, Israel, el Reino Unido y Australia. Gracias a todos los participantes. Este proyecto, completado en un par de años, tomaría alrededor de 40,000 años computacionales si se calculara mal en una computadora. En nombre del equipo, quiero agradecer a todos los voluntarios que participaron en estos estudios. Este logro también les pertenece.

Obtenga más información y únase a World Community Grid en los siguientes descubrimientos:
Comunicado de prensa de IBM
' Transporte de agua dentro de nanotubos de carbono mediado por papel de fricción oscilante inducida por fonones ', publicado en Nature Nanotechnology

Source: https://habr.com/ru/post/es386499/