Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich hiện đã phát triển một công nghệ lần đầu tiên có thể sản xuất ra nước suốt 24 giờ liên tục mà không cần năng lượng đầu vào, ngay cả dưới ánh nắng chói chang.
Nước ngọt khan hiếm ở nhiều nơi trên thế giới và phải lấy với chi phí lớn. Các khu dân cư ở gần biển có thể dùng cách này để khử muối trong nước biển, nhưng làm như vậy cần một lượng năng lượng lớn. Còn nếu ở khu vực xa bờ biển hơn, lựa chọn duy nhất còn lại là ngưng tụ độ ẩm khí quyển thông qua làm mát, thông qua các quy trình tương tự yêu cầu đầu vào năng lượng cao hoặc bằng cách sử dụng các công nghệ "thụ động" khai thác sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm.
Tuy nhiên, với các công nghệ thụ động hiện nay, chẳng hạn như lá thu sương, nước chỉ có thể được chiết xuất vào ban đêm. Điều này là do mặt trời làm nóng lá vào ban ngày, khiến cho quá trình ngưng tụ không thể xảy ra.
Tự động làm mát và bảo vệ khỏi bức xạ
Thiết bị mới về cơ bản bao gồm một tấm kính được tráng phủ đặc biệt, vừa phản xạ bức xạ mặt trời, vừa có thể tự tỏa nhiệt qua bầu khí quyển ra không gian bên ngoài. Do đó, nó tự hạ nhiệt xuống tới 15 độ C (59 độ F) thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Ở mặt dưới của tấm ngăn này, hơi nước từ không khí sẽ ngưng tụ thành nước. Quá trình này giống như có thể được quan sát thấy trên các cửa sổ cách nhiệt kém vào mùa đông.
-
- Hệ thống có đường kính ngăn 10 cm, cung cấp 4,6 ml nước mỗi ngày trong điều kiện thực tế. (Ảnh minh họa: Pixabay)
Các nhà khoa học đã tráng kính bằng các lớp bạc và polymer được thiết kế đặc biệt. Cách tiếp cận lớp phủ đặc biệt này làm cho tấm nền phát ra bức xạ hồng ngoại tại một cửa sổ có bước sóng cụ thể ra không gian bên ngoài, không bị khí quyển hấp thụ cũng như không phản xạ trở lại tấm nền. Một yếu tố quan trọng khác của thiết bị là một tấm chắn bức xạ hình nón mới lạ. Nó làm lệch phần lớn bức xạ nhiệt từ khí quyển và che chắn tấm ngăn khỏi bức xạ mặt trời tới, đồng thời cho phép thiết bị tỏa nhiệt nói trên ra bên ngoài và do đó tự làm mát một cách thụ động.
Gần với mức tối ưu lý thuyết
Như các thử nghiệm của thiết bị mới trong điều kiện thực tế trên mái của một tòa nhà ETH ở Zurich cho thấy, công nghệ mới có thể sản xuất ít nhất gấp đôi lượng nước trên mỗi khu vực mỗi ngày so với các công nghệ thụ động tốt nhất hiện tại dựa trên lá cây: thí điểm nhỏ hệ thống có đường kính ngăn 10 cm cung cấp 4,6 ml nước mỗi ngày trong điều kiện thực tế. Các thiết bị lớn hơn với ngăn lớn hơn sẽ tạo ra nhiều nước hơn.
Các nhà khoa học đã có thể chứng minh rằng, trong điều kiện lý tưởng, họ có thể thu hoạch tới 0,53 decilitres (tương đương 1,8 ounce chất lỏng) nước trên một mét vuông bề mặt tấm mỗi giờ. Iwan Hächler cho biết: “Con số này gần với giá trị lý thuyết tối đa là 0,6 decilitres (2,03 ounce) mỗi giờ, về mặt vật lý là không thể vượt quá”. Ông là nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm của Dimos Poulikakos, Giáo sư Nhiệt động lực học tại ETH Zurich.
-
- Sơ dồ bình ngưng. (Ảnh: Science Advances 2021)
Các công nghệ khác thường yêu cầu lau sạch nước ngưng tụ trên bề mặt, điều này cần phải cung cấp thêm năng lượng. Nếu không có bước này, một phần đáng kể nước ngưng tụ sẽ bám vào bề mặt và không sử dụng được đồng thời cản trở quá trình ngưng tụ sau đó.
Các nhà nghiên cứu của ETH Zurich đã áp dụng một lớp phủ siêu kỵ nước mới cho mặt dưới của khung trong bình ngưng nước của họ. Điều này làm cho nước ngưng tụ thành hạt và chảy ra theo hướng mình muốn.
“Trái ngược với các công nghệ khác, công nghệ của chúng tôi thực sự có thể hoạt động mà không cần thêm năng lượng, đó là một lợi thế chính”, Hächler nói.
Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là phát triển một công nghệ cho các nước khan hiếm nước và đặc biệt là cho các nước đang phát triển và mới nổi. Họ nói rằng giờ đây, các nhà khoa học khác có cơ hội phát triển hơn nữa công nghệ này hoặc kết hợp nó với các phương pháp khác, chẳng hạn như khử muối trong nước, để tăng năng suất của chúng.
Việc sản xuất các tấm phủ tương đối đơn giản và việc xây dựng các thiết bị ngưng tụ nước lớn hơn hệ thống thí điểm hiện tại là điều hoàn toàn có thể. Tương tự như cách các pin mặt trời có một số mô-đun được đặt cạnh nhau, một số thiết bị ngưng tụ nước cũng có thể được đặt cạnh nhau để ghép thành một hệ thống quy mô lớn.
Ngọc Mai
