Công nghệ mới giúp sản xuất nước sạch từ không khí mà không cần năng lượng đầu vào

Hiện nay, nhiều khu vực gần biển đang sử dụng phương pháp khử muối trong nước biển để tạo ra nước sinh hoạt, tuy nhiên, quá trình này lại đòi hỏi một lượng lớn năng lượng hoặc tài nguyên. 

Ở một số khu vực thiếu nước khác, người dân sẽ sử dụng phương pháp ngưng tụ độ ẩm trong khí quyển thông qua làm mát bằng các quy trình yêu cầu đầu vào năng lượng cao hoặc bằng cách sử dụng công nghệ “thụ động” cho phép làm mát giữa ngày và đêm (tận dụng dao động nhiệt độ). Tuy nhiên, với các kỹ thuật thụ động hiện nay như màng thu sương, nước chỉ có thể được chiết xuất vào ban đêm. Điều này là do vào ban ngày, mặt trời làm nóng lá kim loại, khiến cho quá trình ngưng tụ không thể xảy ra.

TỰ LÀM MÁT VÀ BẢO VỆ BỨC XẠ 

Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich hiện đã phát triển một kỹ thuật mới, lần đầu tiên cho phép lần thu hoạch nước suốt ngày đêm mà không cần bất kỳ năng lượng đầu vào nào, ngay cả dưới ánh mặt trời chói chang.

Thiết bị mới về cơ bản bao gồm một ô kính được tráng phủ đặc biệt, vừa phản xạ bức xạ mặt trời vừa dẫn nhiệt của nó đi qua bầu khí quyển ra ngoài vũ trụ. Do đó, nó tự làm mát đến 15 °C (59 °F) dưới nhiệt độ môi trường. Bên dưới cánh quạt này, hơi nước từ không khí ngưng tụ thành nước. Quy trình này tương tự như quy trình được thấy trên các cửa sổ cách nhiệt vào mùa đông.

Theo đó, các nhà khoa học đã phủ kính bằng các lớp polyme và bạc được thiết kế đặc biệt. Cách tiếp cận lớp phủ đặc biệt này làm cho cánh quạt phát ra bức xạ hồng ngoại ở một cửa sổ bước sóng cụ thể vào không gian bên ngoài, không bị khí quyển hấp thụ cũng như không phản xạ trên cánh quạt.

Một yếu tố quan trọng khác của thiết bị là một lá chắn bức xạ hình nón mới lạ. Điều này phần lớn làm chệch hướng bức xạ nhiệt từ bầu khí quyển và che chắn cánh quạt khỏi bức xạ mặt trời tới, đồng thời cho phép thiết bị tỏa lượng nhiệt trên ra bên ngoài và do đó tự tỏa nhiệt hoàn toàn một cách thụ động. 

TỐI ƯU LÝ THUYẾT 

Khi thử nghiệm thiết bị mới trong điều kiện thực tế trên nóc tòa nhà, công nghệ mới cho thấy sức sản xuất ít nhất gấp đôi lượng nước mỗi ngày so với các phương pháp thụ động tốt nhất hiện tại. Lý do nằm ở cấu trúc hệ thống đã được tối ưu của thiết bị: Một hệ thống thí điểm nhỏ có đường kính cánh 10 cm cung cấp 4,6 ml nước mỗi ngày trong điều kiện thực tế. Các thiết bị lớn hơn với chảo lớn hơn sẽ tạo ra nhiều nước hơn tương ứng.

Theo đó, các nhà khoa học cho biết, trong điều kiện lý tưởng, họ có thể tạo ra 0,53 decilit (khoảng 1,8 ounce chất lỏng) nước trên một mét vuông bề mặt cánh quạt mỗi giờ. Ivan Höchler, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm của Dimos Poulikakos, giáo sư nhiệt động lực học tại ETH Zurich cho biết: “Mức này gần với giá trị tối đa theo lý thuyết là 0,6 decilít (2,03 ounce) mỗi giờ, về mặt vật lý là không thể vượt quá”. 

Hầu hết các kỹ thuật khác đòi hỏi phải sử dụng năng lượng để bề mặt ngưng tụ được lau sạch liên tục, nếu không, nước ngưng tụ dính trên bề mặt sẽ không sử dụng được nữa đồng thời làm cản trở quá trình ngưng tụ tiếp theo. Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich đã áp dụng một lớp phủ siêu kỵ nước vào mặt dưới của cánh quạt trong bình ngưng nước. Điều này giúp cho nước ngưng tụ tự dâng lên và chạy đi hoặc nhảy xuống.

Hechler cho biết: “Không giống như các kỹ thuật khác, kỹ thuật của chúng tôi thực sự có thể hoạt động mà không cần thêm bất kỳ năng lượng nào, đó là một lợi thế đáng kể.

Được biết, mục tiêu của các nhà nghiên cứu là phát triển một công nghệ cho các quốc gia khan hiếm nước, đặc biệt là các quốc gia đang phát triển, bên cạnh đó cũng để hỗ trợ các nhà khoa học khác phát triển hơn nữa công nghệ này hoặc kết hợp với các phương pháp khác để tăng năng suất, chẳng hạn như khử muối trong nước. Theo các nhà nghiên cứu của dự án này, sản xuất chảo tráng tương đối đơn giản và có thể sản xuất thiết bị ngưng tụ nước lớn hơn các hệ thống thí điểm hiện tại.