科学家和超级计算机如何联手将海水变成饮用水

慧聪净水网 2018-02-06 11:33 来源:智能生活馆

慧聪净水网去除海水中的盐是一项艰巨的挑战。研究人员可能知道答案,但这需要大量的计算处理能力才能完成。

AleksandrNoy对一种极微小的工具有着远大的计划。作为劳伦斯利佛摩国家实验室的高级科研人员,Noy在职业生涯中投入大量精力,希望能改善海水淡化技术,更有效地去除海水中的盐分,而他深信碳纳米管正是解决之道。2006年,Noy大胆采纳了一个激进的理论:纳米管这种小到只有用电子显微镜才能看到的圆柱体,也许可以用作海水淡化过滤器。而这一切都取决于纳米管的宽度。纳米管开口需要大到能让水分子通过;但也要小到可以阻挡导致海水不可饮用的较大盐颗粒。将足够多的碳纳米管组装到一起,就有可能制造出世界上最高效的水净化处理机器。

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实验室的大多数同事认为他的这种想法过于科幻,不切实际。Noy说:“很难想像水要怎么通过如此细小的管道。”但如果纳米管理论是正确的,其效益将无法估量。世界上许多地区正面临饮用水短缺的问题;有12亿人(约全球六分之一的人口)居住在水资源匮乏的地区。海水淡化有助于解决这一问题,但现有的基础设施需要大量能源(也就需要大量资金)才能加热海水,或将海水引入复杂的过滤器。如果纳米管过滤器有效,则有可能极大地缓解世界的水资源短缺问题。

AleksandrNoy

科学家和超级计算机如何联手将海水变成饮用水

劳伦斯利佛摩国家实验室的高级科研人员

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Noy的团队设计了一个简单的过滤实验并让其彻夜运行。隔天早上,两名助手注意到实验室地板上有一洼水;这说明水流过纳米管的速度太快,以致于用来装水的小储水罐都满到溢出来了。研究人员后来证实,水流过碳纳米管的速度,比如今海水淡化厂水流经过滤器的速度高出六倍。

那个水洼也许很小,但却是Noy职业生涯中最大的发现之一。“这个实验令人振奋,”他回忆道,“因为没人知道会发生什么。”现在,大家都知道实验结果了,但我们仍面临巨大的挑战。如果有足够的计算能力,或许就能克服这一挑战。

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幸运的是,科学家即将开发出百万兆级计算系统(Google很可能会以通过云端连接大量计算机的方式来实现这个目标)。百万兆级计算会使当今功能最强大的超级计算机相形见绌。这种极致的处理能力将成为研究人员的巨大资产,帮助他们研究如何将纳米管变成大型海水过滤器。这些纳米管以及流经纳米管的数十亿分子实在太小了,让人难以深入研究,而要实际测试各种变数则是既困难又费时。只要通过百万兆级计算机建模,就能更详尽地探究这些微小的纳米管,大大加快纳米管海水淡化研究的进度。事实上,这项技术将有助于解决当今许多最棘手的环境问题。

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