Các nhà nghiên cứu tại Đại Học Nam Úc - UniSA - đã phát triển một kỹ thuật tiết kiệm chi phí có thể cung cấp nước uống an toàn cho hàng triệu người thiếu thốn nước ngọt bằng cách sử dụng các vật liệu rẻ, dễ sử dụng và ánh sáng mặt trời.

Chưa tới 3% lượng nước trên thế giới là nước ngọt, và do áp lực của biến đổi khí hậu, ô nhiễm và sự thay đổi mô hình dân số, ở nhiều khu vực, nguồn tài nguyên nước, vốn đã khan hiếm, đang trở nên khan hiếm hơn.

Hiện tại, 1,42 tỷ người - trong đó có 450 triệu trẻ em - sống ở các khu vực dễ bị tổn thương cao , hoặc cực kỳ cao, về nguồn nước và con số này dự kiến ​​sẽ tăng lên trong những thập kỷ tới.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghiệp Tương lai - Future Industries Institute - của Đại Học Nam Úc (UniSA) đã phát triển một quy trình mới đầy hứa hẹn có thể loại bỏ căng thẳng về 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.

Một nhóm nghiên cứu, do Giáo sư Haolan Xu dẫn đầu, đã cải tiến một kỹ thuật để lấy nước ngọt từ nước biển, nước lợ hoặc nước bị ô nhiễm, thông qua quá trình bốc hơi bằng năng lượng mặt trời hiệu quả cao, cung cấp đủ nước uống hàng ngày cho một gia đình bốn người chỉ từ một mét khối nước nguồn.

Giáo sư Xu nói “Trong những năm gần đây, người ta đã chú ý nhiều đến việc sử dụng năng lượng mặt trời để làm bốc hơi nước để tạo ra nước ngọt, nhưng các kỹ thuật trước đây quá kém hiệu quả nên không thể hữu ích trên thực tế”,

“Chúng tôi đã khắc phục được những điểm kém hiệu quả đó, và công nghệ của chúng tôi hiện có thể cung cấp đủ nước ngọt để hỗ trợ nhiều nhu cầu thực tế với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với các công nghệ hiện có chẳng hạn như công nghệ thẩm thấu ngược”.

Trung tâm của hệ thống là một cấu trúc quang nhiệt hiệu quả cao nổi trên bề mặt của nguồn nước và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt, tập trung năng lượng chính xác vào bề mặt để làm bay hơi nhanh chóng phần trên bề mặt của nước.

Trong khi các nhà nghiên cứu khác đã khám phá công nghệ tương tự, những nỗ lực trước đó đã bị cản trở bởi sự thất thoát năng lượng, vì nhiệt lượng bị truyền vào nước nguồn và tản vào không khí ở phía trên.

Tiến sĩ Xu nói  “Trước đây, nhiều thiết bị làm bay hơi nước thử nghiệm bằng quang nhiệt về cơ bản là hai chiều; Chúng chỉ là một bề mặt phẳng và chúng có thể mất từ ​​10 đến 20% năng lượng mặt trời vào khối lượng nước và môi trường xung quanh, ”

“Chúng tôi đã phát triển một kỹ thuật không chỉ ngăn chặn sự thất thoát năng lượng mặt trời mà còn thực sự thu hút thêm năng lượng từ lượng nước 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 thu được thêm tới 170% năng lượng từ nước và môi trường.”

Trái ngược với cấu trúc hai chiều mà các nhà nghiên cứu khác đã sử dụng, Giáo sư Xu và nhóm của ông đã phát triển một thiết bị làm bốc hơi nước ba chiều, hình vây cá bề ngoài giống như bộ tản nhiệt.

Thiết kế của chúng chuyển nhiệt thặng dư ra khỏi bề mặt trên cùng của thiết bị bay hơi (tức là bề mặt bốc hơi bằng năng lượng mặt trời), phân phối nhiệt đến bề mặt tấm hình vây cá để bốc hơi nước, do đó làm mát bề mặt bốc hơi trên cùng và không bị mất năng lượng trong quá trình bốc hơi bằng năng lượng mặt trời.

Kỹ thuật tản nhiệt này có nghĩa là tất cả các bề mặt của bộ làm bốc hơi nước vẫn ở nhiệt độ thấp hơn nước và không khí xung quanh, do đó năng lượng bổ sung chảy từ môi trường bên ngoài năng lượng cao hơn vào bộ làm bốc hơi nước năng lượng thấp hơn.

“Chúng tôi là những nhà nghiên cứu đầu tiên trên thế giới khai thác năng lượng từ nguồn nước trong quá trình bốc hơi nước bằng năng lượng mặt trời và sử dụng nó để làm bay hơi nước, và điều này đã giúp quy trình của chúng tôi trở nên đủ hiệu quả để cung cấp từ 10 đến 20 lít nước ngọt cho mỗi mét khối nước mỗi ngày. ”

Ngoài tính hiệu quả của nó, tính thực tiễn của hệ thống còn được nâng cao bởi thực tế là nó được làm ra hoàn toàn từ các vật liệu đơn giản, dễ mua, có trong hàng ngày, chi phí thấp, dễ xài.

“Ngoại lệ duy nhất là vật liệu quang nhiệt, nhưng ngay cả ở đó, chúng tôi đang sử dụng một quy trình rất đơn giản và tiết kiệm chi phí, và những tiến bộ thực sự mà chúng tôi đã đạt được là nhờ thiết kế hệ thống và tối ưu hóa mối trao đổi năng lượng, chứ không phải nhờ ở vật liệu”.

Ngoài việc dễ xây dựng và dễ 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 bộ làm bốc hơi nước.

Cùng với đó, chi phí thấp và bảo trì dễ dàng có nghĩa là hệ thống do Giáo sư Xu và nhóm của ông phát triển có thể được triển khai trong các tình huống mà các hệ thống khử muối và lọc nước khác không khả thi về mặt tài chính và vận hành.

Giáo sư Xu nói “Ví dụ, ở các cộng đồng xa xôi với dân số nhỏ, chi phí cơ sở hạ tầng của các hệ thống như thẩm thấu ngược thực sự là quá lớn để có thể được lắp đặt, nhưng kỹ thuật của chúng tôi có thể đưa ra một sự thay thế với chi phí rất thấp, dễ lắp đặt, và về căn bản là rất rẻ để chạy hệ thống, ”

“Ngoài ra, bởi vì nó rất đơn giản và hầu như không cần bảo trì, không cần chuyên môn kỹ thuật để duy trì sự hoạt động, và chi phí bảo trì là tối thiểu.”

“Công nghệ này thực sự có tiềm năng cung cấp giải pháp nước sạch lâu dài cho những người và những cộng đồng không có khả năng mua các lựa chọn khác, và đây là những nơi mà giải pháp này là cần thiết nhất”.

Ngoài ứng dụng để tạo ra nước uống, Giáo sư Xu cho biết nhóm của ông hiện đang khám phá một loạt các ứng dụng khác của công nghệ này, bao gồm việc xử lý nước thải trong các hoạt động công nghiệp.

Ông nói: “Có rất nhiều cách tiềm năng để áp dụng công nghệ này, vì vậy chúng ta đang thực sự bắt đầu một hành trình rất thú vị.”

(Theo unisa.edu.au)