Modelowanie komputerowe pomaga w walce z zanieczyszczeniem powietrza

Przełom w modelowaniu komputerowym może znacząco usprawnić sposób, w jaki naukowcy śledzą toksyczne cząsteczki unoszące się w powietrzu, co pomoże w wysiłkach na rzecz zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza i ochrony zdrowia publicznego.

Naukowcy z uniwersytetów w Edynburgu i Warwick opracowali metodę symulacji zachowania nanocząstek — mikroskopijnych zanieczyszczeń występujących w spalinach i dymie z pożarów lasów — która jest nawet 4000 razy szybsza od obecnie stosowanych technik.

Praca opublikowana w czasopiśmie Journal of Computational Physics uzyskała wsparcie ze strony Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Wykorzystując brytyjski superkomputer ARCHER2, zespół opracował nowe podejście matematyczne do obliczania siły oporu – kluczowego czynnika, który determinuje sposób poruszania się cząstek w powietrzu.

Metoda ta pozwala naukowcom na znacznie większe przybliżenie cząstek bez symulowania ogromnych objętości otaczającego powietrza, co radykalnie skraca czas obliczeń bez utraty dokładności.

„Unoszące się w powietrzu cząstki wielkości nano należą do najbardziej szkodliwych dla zdrowia człowieka, ale też najtrudniejszych do modelowania” – powiedział dr Giorgos Tatsios, główny autor z Uniwersytetu Edynburskiego.

„Nasza metoda pozwala nam symulować ich zachowanie w złożonych przepływach znacznie wydajniej, co jest kluczowe dla zrozumienia, dokąd zmierzają i jak łagodzić ich skutki”.

Oprócz udoskonalenia modeli zanieczyszczenia powietrza, badania te mogą pomóc w projektowaniu czystszych technologii, zaawansowanych czujników jakości powietrza, a nawet medycznych nanocząsteczek do ukierunkowanego dostarczania leków.

„To podejście może zapewnić nowy poziom dokładności w modelowaniu przemieszczania się toksycznych cząstek w powietrzu – od ulic miast po ludzkie płuca” – dodał prof. Duncan Lockerby z University of Warwick.