亨利.福特曾称乙醇为「未来燃料」,而或许橡树岭国家实验室使用 Tesla GPU 加速器的 Titan 超级计算机会让那一天比预料的更早到来。

从玉米取得的生质燃料「乙醇」可能成为广泛运用的再生交通燃料,然而它的生物分子结构无法进行大规模的经济量产,因此橡树岭国家实验室的科学家 Jeremy Smith 便想要利用 Titan 超级计算机来解决这个问题。

Smith 与他在美国能源部生物能源科学中心的研究团队利用 Titan 超级计算机,以一丝不苟的态度产生出史上规模最大、也最复杂的生物分子模拟内容。

他们的主要研究重点为植物细胞壁里阻止酵素分解为纤维素的主要成分「木质素」(lignin),纤维素分解作用是将植物原料变成单糖,再变成生质燃料的重要步骤,因此萃取木质素是低成本生产乙醇的关键。

超大规模的模拟作业

Smith 跟他的团队使用超级计算机模拟一个拥有2370万颗原子的生物质系统,以便大规模地观察木质素的结合特性,他们取得的资料加上其它实验结果,发展出新的化学预处理技术,提高了生质燃料产量。

他们获得不错的结果:一个拥有25万颗木质素与实验用四氢呋喃(THF)水溶液原子的模型,显示出混合溶液变成水和木质素之间的屏障;而有了 THF 溶液当成缓冲区,在加工生质燃料的过程中便能更容易去除木质素

这个模型也显示出木质素会选择性进行结合,最爱的是结晶性纤维素纤维,而少了 Titan 的超级计算机模拟作业,根本无从找出这种细节。

Smith 的团队还能以10万个原子这么小的模拟模型来观察木质素的运作方式。他们比较了野生和基因改造后的木质素与半纤维素(植物细胞壁的另一项重要成分)生物质系统,对于突变后的木质素疏水性如何能提高生质燃料的产量,有了进一步的认识。日后的研究可将这项知识用在有效解构植物上,以利生产生质燃料。