Secondo un articolo pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology, gli scienziati hanno scoperto un fenomeno per il quale l’uso di nanotubi di carbonio, in condizioni specifiche, potrebbe portare a una filtrazione più efficiente delle acque, con minori costi e minore impatto sull’ambiente.
Lo studio condotto dai ricercatori sui nanotubi, un materiale che si mostra promettente per svariate tecnologie, è stato reso possibile grazie a un supercomputer virtuale creato da IBM, ove i volontari convogliano la potenza di elaborazione in eccesso dei loro dispositivi informatici, consentendo agli scienziati di utilizzarla per eseguire le simulazioni.
I nanotubi di carbonio, strutture cave minuscole realizzate in un materiale correlato alla grafite presente nelle matite, sono così piccoli da riuscire a filtrare le impurità dall’acqua che scorre attraverso di essi. La comunità scientifica temeva inizialmente che il diametro ristretto avrebbe rallentato il flusso d’acqua. Sorprendentemente, i primi esperimenti hanno suggerito che l’acqua non è ostacolata come si prevedeva quando attraversa i nanotubi.
Per comprenderne il motivo, un équipe di ricercatori internazionali, guidata da scienziati dell’Università Tsinghua, ha intrapreso uno studio senza precedenti grazie ad un’enorme simulazione computazionale. Le simulazioni precedenti eseguite dalla comunità scientifica non erano riuscite a studiare il processo con una portata d’acqua realistica, perché ciò avrebbe richiesto una potenza di calcolo notevolmente più costosa di quella in genere disponibile.
Le nuove simulazioni sono state condotte utilizzando la potenza di calcolo di World Community Grid, iniziativa di crowdsourcing di IBM, e hanno rivelato che, in determinate condizioni, le vibrazioni termiche casuali naturali degli atomi nei nanotubi potrebbero avere un effetto significativo sull’acqua che si muove all’interno degli stessi. I ricercatori hanno scoperto che queste vibrazioni, chiamate fononi, possono in effetti potenziare la velocità di diffusione dell’acqua – un tipo di flusso – di oltre il 300%, grazie alla riduzione dell’attrito.
I ricercatori guidati dal Center for Nano and Micro Mechanics presso l’Università Tsinghua di Pechino hanno eseguito vaste simulazioni utilizzando la potenza di elaborazione donatadel World Community Grid che sfrutta i tre milioni di computer collegati di oltre 700.000 “cittadini-scienziati” volontari in tutto il mondo. I quasi 100 milioni di calcoli eseguiti dal supercomputer virtuale in crowdsourcing per il progetto Computing For Clean Water avrebbero avuto un costo di 15 milioni di dollari se fossero stati eseguiti a livello commerciale, e avrebbero richiesto più di 37.000 anni se fossero stati eseguiti su un PC con un singolo processore. Il lavoro è stato invece completato senza alcun costo per gli scienziati e in una frazione del tempo.
Grazie a questa nuova conoscenza del fenomeno, i ricercatori sperano ora di ottimizzare i nanotubi e di applicarli al miglioramento dei processi di filtrazione dell’acqua e di dissalazione dell’acqua marina. Data la graduale riduzione delle riserve di acqua dolce a livello mondiale, un processo di depurazione perfezionato e meno costoso potrebbe contribuire a produrre acqua per uso potabile e per le coltivazioni. Quasi un miliardo di persone in tutto il mondo non ha attualmente accesso ad acqua potabile sicura.
La nuova conoscenza di questo fenomeno può favorire inoltre una migliore comprensione del modo in cui le sostanze chimiche e i farmaci passano attraverso i minuscoli canali delle pareti cellulari umane, che può tradursi in miglioramenti nello sviluppo dei medicinali. Con un’ulteriore ricerca, questi risultati potrebbero servire anche a migliorare un processo che crea energia quando l’acqua dolce e l’acqua salata vengono miscelate, un processo noto come energia osmotica.
