Expandir o potencial das nanotecnologias na esfera do acesso à água limpa

Dr. Francois Gray
CNNM, Universidade de Tsinghua, Pequim, China, Centro Cibernético da Cidade, Genebra, Suíça
, 6 de julho de 2015

Breve resumo
A equipe de cálculo da Pure Water descobriu que a água pode passar pelos nanotubos mais finos com muito mais liberdade do que se pensava anteriormente. Esse entendimento inovador dos processos físicos fundamentais pode servir para aumentar a disponibilidade de água pura para milhões, através de métodos mais eficientes de filtrar e dessalinizar a água. Além disso, é possível aplicar nos campos de energia médica e limpa. Essa descoberta já foi publicada na revista Nature Nanotechnology, a revista mais respeitada sobre natotecnologia.



A visualização foi criada por voluntários para estudar a interação dos nanotubos de água e carbono. A água pura é a base da vida; agora, milhões de pessoas em todo o mundo experimentarão sua falta. Nossa equipe descobriu um fenômeno que pode ser um passo importante no caminho para obter água limpa para todos os necessitados. Hoje, cerca de um milhão de pessoas morrem todos os anos devido à água de baixa qualidade, juntamente com isso, a população está crescendo, o clima está mudando e o problema vai piorar. Os sistemas viários existentes e os necessitados geralmente não estão disponíveis. Estudos chamados "Cálculos" Água Pura "podem mudar a situação. E essa descoberta surpreendente foi publicada recentemente na revista líder em nanotecnologia, Nature Nanotechnology.

Basicamente, essa descoberta aborda a questão: "Como podemos potencialmente, ou seja, da maneira mais eficiente possível, a um custo menor, use nanotubos de carbono para criar filtros de água ". Nanotubos de carbono criam chapas com a espessura de um átomo, chamado grafeno, torcido em tubos finos, com um diâmetro de vários nanômetros (cerca de um dez milésimo do diâmetro de um cabelo humano). Esse diâmetro dos tubos permite que as moléculas de água passem através deles e retenham grandes partículas e microorganismos durante a filtração da água. Eles são tão pequenos que a comunidade científica sugeriu que a água os atravessaria devagar demais para uma reconciliação prática. Entretanto, experimentos iniciais mostraram que a água às vezes passa muito mais fácil do que o esperado.



Aumentar o fluxo pode significar um filtro mais eficiente, mas devido à falta de poder computacional suficiente, até o momento, houve uma grande lacuna entre o que os cientistas podem entender através da modelagem computacional e o que pode ser obtido em condições reais. Os pesquisadores deste projeto se concentraram em eliminar essa falha. Através da computação distribuída usando a rede World Community Grid, foi possível descobrir que certos tipos de vibrações naturais chamadas vibrações fonônicas , sob certas condições, podem levar a um aumento de 300% no grau de difusão ( podemos dizer que o fluxo) água através de nanotubos de carbono, o que é comparável com cálculos teóricos anteriores. É especialmente importante que, com pequenas vibrações, exista uma liberação natural de energia térmica, encontrada naturalmente em todos os materiais; portanto, não há necessidade de fontes externas de energia para tirar proveito desse fenômeno.

O que essa descoberta pode indicar em pesquisas futuras? Uma aplicação direta no uso das novas idéias dessa modelagem prática é o desenvolvimento de filtros de água eficazes. Se os experimentos confirmarem as premissas, esses filtros podem ajudar a aumentar a disponibilidade de água limpa para milhões de pessoas em todo o mundo. Também é possível obter formas mais baratas de obter água fresca (em particular do mar).

O uso desse fenômeno em nanoescala criará membranas e filtros que revolucionarão muitos processos e até indústrias relacionadas à água ou, em geral, líquidos. Por exemplo, essa descoberta permitirá a entrega de medicamentos através de canais finos através das paredes de uma célula viva. No futuro, isso pode ser aplicável para provar o processo de geração de energia limpa, misturando água pura e salgada, conhecida como usinas osmóticas.

Conseguimos descobrir essas diversas oportunidades apenas graças aos voluntários, porque nenhuma equipe de pesquisa jamais teve tanto poder computacional necessário para executar uma simulação tão detalhada para estudar as condições de fluxo em filtros reais. Parceiros da World Community Grid e mais de 150.000 voluntários participaram deste projeto, onde conseguiram simular um fluxo de água com detalhes ainda não disponíveis, onde foram descobertos fenômenos que não foram encontrados nas etapas anteriores do estudo.


Computação para membros da equipe de água limpa: Zhiping Xu, Ming Ma Quanshui Zheng e Francois Gray

Este trabalho, resultado da colaboração global entre pesquisadores da China, Suíça, Israel, Reino Unido e Austrália. Obrigado a todos os participantes. Esse projeto, concluído em alguns anos, levaria cerca de 40.000 anos computacionais se fosse calculado incorretamente em um computador. Em nome da equipe, quero agradecer a todos os voluntários que participaram desses estudos. Essa conquista também pertence a eles.

Saiba mais e participe da World Community Grid nas seguintes descobertas:
IBM Press Release
' Transporte de água dentro de nanotubos de carbono mediado por papel de fricção oscilante induzida por fônon ', publicado na Nature Nanotechnology

Source: https://habr.com/ru/post/pt386499/