Memperluas potensi teknologi nano di bidang akses ke air bersih

Dr. Francois Gray
CNNM, Universitas Tsinghua, Beijing, Pusat Sibernetika Kota Tiongkok, Jenewa, Swiss
6 Juli 2015

Ringkasan singkat
Tim perhitungan Air Murni menemukan bahwa air dapat melewati nanotube tertipis jauh lebih bebas daripada yang diperkirakan sebelumnya. Pemahaman inovatif ini dari proses fisik dasar dapat berfungsi untuk meningkatkan ketersediaan air murni bagi jutaan orang, melalui metode penyaringan dan desalinasi air yang lebih efisien. Juga, dimungkinkan untuk menerapkan di bidang energi medis dan bersih. Penemuan ini telah dipublikasikan di Nature Nanotechnology, jurnal yang paling dihormati di natotechnology.



Visualisasi dibuat oleh relawan untuk mempelajari interaksi air dan karbon nanotube. Air murni adalah dasar kehidupan, sekarang, jutaan orang di seluruh dunia akan mengalami kekurangannya. Tim kami menemukan sebuah fenomena yang bisa menjadi langkah maju yang penting dalam mendapatkan air bersih untuk semua yang membutuhkan. Saat ini, sekitar satu juta orang meninggal setiap tahun karena kualitas air yang buruk, seiring dengan ini, populasinya bertambah, iklim berubah dan masalahnya akan bertambah buruk. Sistem jalan yang ada dan yang membutuhkan seringkali tidak tersedia. Studi yang disebut "Perhitungan" Air Murni "dapat mengubah situasi. Dan penemuan menakjubkan ini baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal terkemuka nanoteknologi, Nature Nanotechnology.

Pada dasarnya, penemuan ini menjawab pertanyaan: “Bagaimana kita dapat berpotensi, mis. seefisien mungkin dengan biaya lebih rendah, gunakan nanotube karbon untuk membuat filter air. " Karbon nanotube membuat lembaran satu atom setebal, yang disebut graphene, dipelintir menjadi tabung tipis, berdiameter beberapa nanometer (sekitar seperseribu dari diameter rambut manusia). Diameter tabung ini memungkinkan molekul air untuk melewatinya dan mempertahankan partikel besar dan mikroorganisme selama penyaringan air. Mereka sangat kecil sehingga komunitas ilmiah telah menyarankan bahwa air akan melewati mereka terlalu lambat untuk rekonsiliasi praktis. Namun, percobaan awal menunjukkan bahwa air terkadang melewati jauh lebih mudah dari yang diharapkan.



Meningkatkan aliran dapat berarti filter yang lebih efisien, tetapi karena kurangnya daya komputasi yang cukup, sejauh ini, ada kesenjangan besar antara apa yang dapat dipahami para ilmuwan melalui simulasi komputer dan apa yang dapat diperoleh dalam kondisi nyata. Para peneliti dalam proyek ini telah berfokus pada menghilangkan kekurangan ini. Melalui komputasi terdistribusi menggunakan World Community Grid, dimungkinkan untuk menemukan bahwa beberapa jenis getaran alami yang disebut getaran fonon , dalam kondisi tertentu, dapat menyebabkan peningkatan 300% dalam tingkat difusi ( kita dapat mengatakan aliran) air melalui karbon nanotube, yang sebanding dengan perhitungan teoritis sebelumnya. Sangat penting bahwa dengan getaran kecil ada pelepasan energi panas alami, yang secara alami ditemukan di semua bahan, oleh karena itu, tidak perlu sumber energi eksternal untuk mengambil keuntungan dari fenomena ini.

Apa yang dapat ditunjukkan oleh penemuan ini dalam penelitian selanjutnya? Aplikasi langsung dalam menggunakan ide-ide baru dari pemodelan praktis ini adalah pengembangan filter air yang efektif. Jika percobaan mengkonfirmasi asumsi, filter tersebut dapat membantu meningkatkan ketersediaan air bersih bagi jutaan orang di seluruh dunia. Dimungkinkan juga untuk mendapatkan cara yang lebih murah untuk mendapatkan air tawar (khususnya, dari laut).

Penggunaan fenomena skala nano ini akan menciptakan membran dan filter yang akan merevolusi banyak proses dan bahkan industri yang berhubungan dengan air atau, pada umumnya, cairan. Sebagai contoh, penemuan ini akan memungkinkan pengiriman obat-obatan melalui saluran tipis melalui dinding sel hidup. Di masa depan, ini mungkin berlaku untuk membuktikan proses menghasilkan energi bersih dengan mencampur air murni dan garam, yang dikenal sebagai pembangkit listrik osmotik.

Kami berhasil menemukan peluang yang beragam ini hanya berkat para sukarelawan, karena tidak ada tim peneliti yang memiliki begitu banyak kekuatan komputasi yang diperlukan untuk menjalankan simulasi terperinci untuk mempelajari kondisi aliran dalam filter nyata. Mitra World Community Grid dan lebih dari 150.000 sukarelawan ambil bagian dalam proyek ini, di mana mereka berhasil mensimulasikan aliran air dengan perincian yang belum tersedia, di mana fenomena tidak ditemukan pada tahap studi sebelumnya.


Komputasi untuk Anggota Tim Air Bersih: Zhiping Xu, Ming Ma Quanshui Zheng dan Francois Gray

Karya ini, hasil kolaborasi global antara peneliti dari Cina, Swiss, Israel, Inggris dan Australia. Terima kasih untuk semua peserta. Proyek ini, selesai dalam beberapa tahun, akan memakan waktu sekitar 40.000 tahun komputasi jika salah perhitungan pada satu komputer. Atas nama tim, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua sukarelawan yang mengambil bagian dalam studi ini. Prestasi ini juga milik mereka.

Pelajari lebih lanjut dan bergabung dengan Grid Komunitas Dunia di penemuan berikut:
IBM Press Release
' Transportasi air di dalam nanotube karbon dimediasi oleh phonon-diinduksi berosilasi gesekan kertas, yang diterbitkan di Nature Nanotechnology

Source: https://habr.com/ru/post/id386499/