Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Nam Úc (UniSA) đã phát triển thành công kỹ thuật tiết kiệm chi phí có thể cung cấp nước uống an toàn cho hàng triệu người thông qua sử dụng các vật liệu rẻ, bền vững và ánh nắng mặt trời.
Gần 3% lượng nước trên thế giới là nước ngọt và do áp lực của biến đổi khí hậu, ô nhiễm và sự thay đổi của các mô hình dân số, tại nhiều khu vực, nguồn tài nguyên vốn đã khan hiếm này đang trở nên khan hiếm hơn. Hiện nay, 1,42 tỷ người, trong đó có 450 triệu trẻ em sống ở các khu vực có nguy cơ thiếu nước cao và con số này dự kiến sẽ tăng lên trong những thập kỷ tới.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghiệp tương lai thuộc UniSA đã phát triển được một quy trình mới triển vọng loại bỏ áp lực nước cho hàng triệu người, bao gồm cả những người sống ở nhiều cộng đồng dễ bị tổn thương và thiệt thòi nhất trên hành tinh.
Nhóm nghiên cứu do PGS. Haolan Xu dẫn đầu, đã cải tiến kỹ thuật khai thác nước ngọt từ nước biển, nước lợ hoặc nước bị ô nhiễm thông qua quá trình làm bay hơi hiệu quả cao bằng năng lượng mặt trời, cung cấp đủ nước uống hàng ngày cho một gia đình bốn người chỉ từ một mét vuông nước nguồn.
Cốt lõi của hệ thống là một cấu trúc quang nhiệt hiệu quả cao nằm trên bề mặt của nguồn nước và chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành nhiệt, tập trung năng lượng chính xác vào bề mặt để làm bay hơi nhanh chóng phần trên cùng của chất lỏng. Dù các nhà nghiên cứu khác đã khám phá và áp dụng công nghệ tương tự, nhưng những nỗ lực trước đây đã bị cản trở bởi tổn thất năng lượng do nhiệt lượng truyền vào nước nguồn và tản ra không khí ở phía trên.
"Trước đây, nhiều thiết bị bay hơi quang nhiệt được thử nghiệm về cơ bản ở dạng hai chiều nên chỉ là bề mặt phẳng và có thể gây tổn thất từ 10 đến 20% năng lượng mặt trời vào nước và môi trường xung quanh", PGS. Xu nói. "Chúng tôi đã phát triển được kỹ thuật không chỉ ngăn chặn thất thoát năng lượng mặt trời mà còn thu hút thêm năng lượng từ nguồn nước lớn và môi trường xung quanh, có nghĩa là hệ thống hoạt động với hiệu suất 100% đối với đầu vào năng lượng mặt trời và khai thác 170% năng lượng từ nước và môi trường".
Trái ngược với cấu trúc hai chiều cũ, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thiết bị bay hơi ba chiều dạng hình vây, giống bộ tản nhiệt. Thiết kế chuyển nhiệt dư thừa khỏi bề mặt trên cùng của thiết bị bay hơi (tức là bề mặt làm bay hơi bằng năng lượng mặt trời), phân phối nhiệt đến bề mặt vây làm bay hơi nước nên làm mát bề mặt bốc hơi trên cùng và không bị mất năng lượng trong quá trình làm bay hơi bằng năng lượng mặt trời.
Kỹ thuật tản nhiệt này đồng nghĩa với việc tất cả các bề mặt của thiết bị bay hơi vẫn ở nhiệt độ thấp hơn nước và không khí xung quanh, do đó năng lượng bổ sung di chuyển từ môi trường bên ngoài có năng lượng cao hơn vào thiết bị bay hơi năng lượng thấp hơn.
Hệ thống mới không chỉ hiệu quả còn mang tính thực tiễn cao bởi được chế tạo hoàn toàn từ những vật liệu đơn giản thường ngày có giá thành rẻ, bền vững và dễ tìm kiếm. Ngoài việc dễ lắp đặt và triển khai, hệ thống cũng rất dễ bảo trì do thiết kế của cấu trúc quang nhiệt ngăn chặn muối và các chất gây ô nhiễm khác tích tụ trên bề mặt thiết bị bay hơi. Cùng với đó, chi phí thấp và bảo trì dễ dàng nghĩa là hệ thống mới có thể được triển khai trong các tình huống mà các hệ thống khử muối và lọc khác không khả thi.
Ngoài ứng dụng xử lý nước uống, nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá rất nhiều ứng dụng khác của công nghệ này như xử lý nước thải trong các hoạt động công nghiệp.
N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210416120107.htm
