Computing for Clean Water

Computing for Clean Water “清水计算”项目

本项目是 IBM 公司主持的 World Community Grid 项目的子项目。

项目状态和成果

“清水计算”Web 站点页面中提供了有关该项目的信息，另外，参与该项目的科学家也在该站点提供了信息。如果您对该项目有意见或疑问，请访问“清水计算”论坛。

“清水计算”任务是在分子级别更深入地从根源上研究如何使水流过新型过滤材料。通过该项目所获得的深入洞察力将指导进一步开发更高效、成本更低的水过滤设施。

缺乏清洁的水是发展中国家的许多地区所面临的主要人道主义难题。估计有大约 12 亿人缺乏安全的饮用水，并且 26 亿人缺乏或根本没有卫生设施。每年有数百万人 - 估计每天有约 3900 名儿童 - 因不卫生的水而导致的疾病（尤其是痢疾）而死亡。

目前已存在过滤脏水的技术，但成本通常非常高。海水淡化可提供丰富的引用水，但同样也受困于过滤成本。因此，高效的水过滤新方法是迫切的研究主题。新的水过滤方法是将碳纳米管堆积成阵列，从而强制水通过纳米管。

通常，碳纳米管的孔径极其微小，通常只有某些水分子能够穿过，并且需要非常大的压力，因此，需要昂贵的设备来过滤有用的水量。然而，在 2005 年，实验证明此类碳纳米管阵列实现的水流速度大幅超过期望值。这一意外结果激发了许多科学家的热情，使他们投入大量精力来研究推动碳纳米管水流的底层过程。

该项目使用大规模的分子动力学计算 - 模拟个别水分子通过碳纳米管的运动 - 以便更深入地了解碳纳米管中的水流机制。例如，已经形成了一个推论 - 水分子与碳纳米管的直接接触的行为是否像冰一样。这种行为可以减少水的其余部分的摩擦力，从而提高流速。逼真的计算机模拟是验证此类假定的一种方法。

最终，科学家们希望使用从模拟获得的深入洞察来优化底层过程，从而大幅加快水通过碳纳米管和其他纳米多孔材料的速度。此优化过程将能够使水流更顺畅，同时过滤掉污染物。模拟可能还会揭示在哪些条件下此类过滤装置能够最有效地帮助淡化过程。