由于世界上許多地方都面臨著某種形式的淡水壓力，而氣候變化加劇了大多數壓力源，為確保人類未來的穩定淡水供應，淡化海水顯得越來越必要。然而，迄今為止，淡化已被證明是昂貴，困難且耗能的。現在，來自愛荷華州立大學，賓夕法尼亞州立大學，德克薩斯大學奧斯汀分校，杜邦水溶液和陶氏化學公司的研究人員正在使用超級計算技術來研究更有效的海水淡化方法。
事實證明，需要學習的領域之一是生物膜，該膜已被證明在過濾水中不想要的化合物（包括鹽）方面非常有效，但這些膜在擴大規模方面一直存在挑戰。研究人員對流過四種不同聚合物膜的水流進行了一系列模擬，以確定哪些因素可能會使這種膜更有效（或更少）。
這并不是一件容易的事：“模擬本身給計算帶來了挑戰，因為非均質膜內的擴散率可能相差六個數量級，”愛荷華州機械工程博士學位的Biswajit Khara在接受Mike Krapfl采訪時解釋說。
為了進行這些密集的模擬，研究人員求助于德克薩斯高級計算中心（TACC）。在TACC，他們使用了Stampede2超級計算機：由Intel Xeon Phi CPU驅動的Dell EMC系統，可提供10.7 Linpack petaflops，并在最新的Top500列表中排名第25位。
事實證明，海水淡化的秘訣在于：精確的網狀均勻性，精確到納米級。“愛荷華州立大學機械工程學教授Baskar Ganapathysubramanian說：“模擬能夠弄清楚膜更均勻-沒有'熱點'-具有均勻的流動性和更好的性能。”計算方面的研究。“秘密要素是減少不均勻性。”
這一發現成為2021年1月號《科學》的封面人物，部分原因是通過膜的水具有明顯的可視性。在TACC的Greg Foss和愛荷華州研究人員創建的可視化圖中，高壓，高鹽度的水（紅色）穿過膜（金，水為白色），并以低鹽度的水（藍色）出現。
圖片由Ganapathysubramanian研究小組/愛荷華州立大學和Gregory Foss /德克薩斯高級計算中心提供。
“我們正在展示整個膜上水的濃度如何變化。” Ganapathysubramanian說。“這很漂亮。由于無法獲得如此詳盡的3D測量結果，而且執行此類仿真并非易事，因此之前從未做過。”
Ganapathysubramanian說：“這些模擬為確定使海水淡化膜更有效的關鍵提供了很多信息。” 下一步：弄清楚如何制造那些超致密，超均勻的膜來改善脫鹽工藝。
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