Per comprendere le proprietà fondamentali di un solvente industriale, i chimici dell'Università di Cincinnati si sono rivolti a un supercomputer.

Il professore di chimica della UC e capo del dipartimento Thomas Beck e lo studente laureato della UC Andrew Eisenhart hanno eseguito simulazioni quantistiche per comprendere il carbonato di glicerolo, un composto utilizzato nel biodiesel e come comune solvente.

Hanno scoperto che la simulazione ha fornito dettagli sul legame idrogeno nel determinare le proprietà strutturali e dinamiche del liquido che mancavano dai modelli classici. Lo studio è stato pubblicato su Journal of Physical Chemistry B .

Il glicerolo carbonato potrebbe essere un solvente chimico più ecologico per cose come le batterie. Ma i chimici devono saperne di più su cosa sta succedendo in queste soluzioni. Hanno studiato i composti fluoruro di potassio e cloruro di potassio.

"Lo studio che abbiamo fatto ci dà una comprensione fondamentale di come piccoli cambiamenti a una struttura molecolare possono avere conseguenze più grandi per il solvente nel suo insieme, " Ha detto Eisenhart. "E come questi piccoli cambiamenti rendono le sue interazioni con cose molto importanti come gli ioni e possono avere un effetto su cose come le prestazioni della batteria".

L'acqua è un solvente apparentemente semplice, come può confermare chiunque abbia mescolato lo zucchero nel caffè.

"Le persone hanno studiato l'acqua per centinaia di anni—Galileo ha studiato l'origine del galleggiamento nell'acqua. Anche con tutte quelle ricerche, non abbiamo una comprensione completa delle interazioni nell'acqua, "Beck ha detto. "È incredibile perché è una molecola semplice ma il comportamento è complesso".

Per la simulazione quantistica, i chimici si sono rivolti all'Advanced Research Computing Center della UC e all'Ohio Supercomputer Center. Le simulazioni quantistiche forniscono uno strumento per aiutare i chimici a comprendere meglio le interazioni su scala atomica.

"Le simulazioni quantistiche esistono da un po' di tempo, " ha detto Eisenhart. "Ma l'hardware che si è evoluto di recente - cose come le unità di elaborazione grafica e la loro accelerazione quando applicate a questi problemi - crea la capacità di studiare sistemi più grandi di quanto potremmo in passato."

"Come si dissolvono gli ioni in questo liquido rispetto all'acqua? Prima dovevamo capire quale fosse la struttura di base del liquido, "Beck ha detto.

La ricerca è stata finanziata da una sovvenzione della National Science Foundation.

Ogni batteria agli ioni di litio contiene un solvente. Trovarne uno migliore potrebbe migliorare lo stoccaggio e l'efficienza dell'energia.

"Il mondo si sta muovendo in una direzione di sostenibilità. È abbastanza chiaro che l'eolico e il solare saranno i due principali contributori insieme ad altre energie verdi, "Beck ha detto. "Ma l'energia generata è intermittente. Quindi hai bisogno di metodi per lo stoccaggio di energia su larga scala in modo che se è nuvoloso per due giorni, una città può continuare a funzionare".