由于世界上许多地方都面临着某种形式的淡水压力，而气候变化加剧了大多数压力源，为确保人类未来的稳定淡水供应，淡化海水显得越来越必要。然而，迄今为止，淡化已被证明是昂贵，困难且耗能的。现在，来自爱荷华州立大学，宾夕法尼亚州立大学，德克萨斯大学奥斯汀分校，杜邦水溶液和陶氏化学公司的研究人员正在使用超级计算技术来研究更有效的海水淡化方法。
事实证明，需要学习的领域之一是生物膜，该膜已被证明在过滤水中不想要的化合物（包括盐）方面非常有效，但这些膜在扩大规模方面一直存在挑战。研究人员对流过四种不同聚合物膜的水流进行了一系列模拟，以确定哪些因素可能会使这种膜更有效（或更少）。
这并不是一件容易的事：“模拟本身给计算带来了挑战，因为非均质膜内的扩散率可能相差六个数量级，”爱荷华州机械工程博士学位的Biswajit Khara在接受Mike Krapfl采访时解释说。
为了进行这些密集的模拟，研究人员求助于德克萨斯高级计算中心（TACC）。在TACC，他们使用了Stampede2超级计算机：由Intel Xeon Phi CPU驱动的Dell EMC系统，可提供10.7 Linpack petaflops，并在最新的Top500列表中排名第25位。
事实证明，海水淡化的秘诀在于：精确的网状均匀性，精确到纳米级。“爱荷华州立大学机械工程学教授Baskar Ganapathysubramanian说：“模拟能够弄清楚膜更均匀-没有'热点'-具有均匀的流动性和更好的性能。”计算方面的研究。“秘密要素是减少不均匀性。”
这一发现成为2021年1月号《科学》的封面人物，部分原因是通过膜的水具有明显的可视性。在TACC的Greg Foss和爱荷华州研究人员创建的可视化图中，高压，高盐度的水（红色）穿过膜（金，水为白色），并以低盐度的水（蓝色）出现。
图片由Ganapathysubramanian研究小组/爱荷华州立大学和Gregory Foss /德克萨斯高级计算中心提供。
“我们正在展示整个膜上水的浓度如何变化。” Ganapathysubramanian说。“这很漂亮。由于无法获得如此详尽的3D测量结果，而且执行此类仿真并非易事，因此之前从未做过。”
Ganapathysubramanian说：“这些模拟为确定使海水淡化膜更有效的关键提供了很多信息。” 下一步：弄清楚如何制造那些超致密，超均匀的膜来改善脱盐工艺。