|
Mô hình hệ thống khử muối bằng năng lượng mặt trời. Ảnh: Interest Engineering
|
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo đã phát triển một thiết bị khử muối tiết kiệm năng lượng bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất nước uống sạch từ nước biển. Cách tiếp cận sáng tạo này có thể mang lại giải pháp bền vững cho cuộc khủng hoảng nước ngọt của toàn cầu, đặc biệt là đối với các quốc gia ven biển và hải đảo nơi nước ngọt khan hiếm.
Công nghệ mới đã cung cấp các giải pháp tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường thay thế cho các phương pháp truyền thống hiện nay.
Giải quyết tình trạng thiếu nước ngọt toàn cầu bằng năng lượng mặt trời
Nhu cầu về nước ngọt đang cấp thiết hơn bao giờ hết, trên thế giới hiện có khoảng 2,2 tỷ người không được sử dụng nước uống sạch. Sự gia tăng dân số nhanh chóng và mức tiêu thụ nước ngày càng cao đã làm tăng thêm áp lực cho các quốc gia ven biển và đảo, nơi khử muối đã trở thành một quá trình quan trọng trong cuộc sống hàng ngày.
Theo Báo cáo Phát triển Nguồn nước Thế giới năm 2024 của Liên hợp quốc, nhu cầu về các công nghệ mới có khả năng tạo ra nước ngọt đang rất cần thiết. Bởi vì, các hệ thống khử muối truyền thống dựa vào việc đẩy nước biển qua màng để tách muối, tốn nhiều năng lượng và dễ gặp sự cố vận hành. Muối tích tụ trên bề mặt thiết bị thường làm tắc nghẽn hệ thống, đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên và làm gián đoạn hoạt động liên tục.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo đã tìm ra một giải pháp sáng tạo. Lấy cảm hứng từ thiên nhiên, họ đã phát triển một thiết bị khử muối chạy bằng năng lượng mặt trời mô phỏng theo cách cây tự nhiên vận chuyển nước từ rễ lên lá. Tiến sĩ Michael Tam, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học của Waterloo, giải thích: "Nguồn cảm hứng của chúng tôi đến từ việc quan sát cách thiên nhiên duy trì chính nó và cách nước bốc hơi, ngưng tụ trong môi trường".
Thiết bị mới này làm bay hơi và ngưng tụ nước hiệu quả trong một hệ thống khép kín, loại bỏ sự tích tụ muối và cải thiện đáng kể tính bền vững của quy trình. Công nghệ mới này đảm bảo khử muối liên tục mà không bị gián đoạn để vệ sinh như các thiết bị truyền thống.
Năng lượng mặt trời - Chìa khóa cho hiệu quả năng lượng
Thiết bị Waterloo được cấu tạo bằng các vật liệu tiên tiến, do đó có thể chuyển đổi 93% ánh sáng mặt trời thành năng lượng có thể sử dụng, một cải tiến đáng kể so với các công nghệ khử muối hiện tại.
Hiệu suất cao này cho phép thiết bị sản xuất khoảng 20 lít nước ngọt trên 1m2 mỗi ngày, đáp ứng nhu cầu nước hàng ngày cho mỗi người theo khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới. Trọng tâm của hệ thống là sự kết hợp các vật liệu cải tiến. Nhóm nghiên cứu sinh gồm Tiến sĩ Eva Wang và Weinan Zhao đã thiết kế thiết bị bằng cách sử dụng bọt niken phủ một loại polymer dẫn điện và các hạt phấn hoa phản ứng nhiệt.
Nững vật liệu này hấp thụ ánh sáng trên quang phổ mặt trời, chuyển đổi nó thành nhiệt. Một lớp nước biển mỏng trên bề mặt của polymer nóng lên và di chuyển lên trên, tương tự như hiện tượng mao dẫn được tìm thấy ở cây.
Khi nước bốc hơi, muối được đưa xuống lớp dưới cùng của thiết bị, ngăn ngừa tắc nghẽn hiệu quả. Cơ chế tự làm sạch này gợi nhớ đến hệ thống rửa ngược của bể bơi, cho phép thiết bị chạy liên tục mà không cần bảo trì.
Tiến sĩ Michael Tam giải thích trong thông cáo báo chí rằng: “Hệ thống do chúng tôi thiết kế sẽ khiến nước bốc hơi, vận chuyển nước lên bề mặt và ngưng tụ theo một chu trình khép kín, giúp ngăn ngừa hiệu quả sự tích tụ muối làm giảm hiệu suất của thiết bị”.
Giải pháp di động cho vùng xa xôi
“Thiết bị mới này không chỉ hiệu quả mà còn có thể di chuyển được, khiến nó trở thành giải pháp lý tưởng để sử dụng ở những vùng xa xôi, nơi có nguồn nước ngọt hạn chế”, Tiến sĩ Yuning Li, một giáo sư khác của Khoa Kỹ thuật Hóa học của Waterloo, cho biết trong thông cáo báo chí.
Tiến sĩ Yuning Li đã đóng góp vào sự phát triển bằng cách tạo ra năng lượng mặt trời cho dự án và thử nghiệm khả năng thu thập ánh sáng của thiết bị bằng máy thử nghiệm năng lượng mặt trời.
Tính di động và khả năng hoạt động ở những địa điểm xa xôi của thiết bị trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các cộng đồng ven biển, nơi mà việc khử muối thường là điều cần thiết. Các nhà nghiên cứu tin rằng hệ thống của họ có thể là bước ngoặt cho những khu vực có cơ sở hạ tầng và nguồn lực hạn chế để tiếp cận nước ngọt.
Trong tương lai, họ có kế hoạch xây dựng một nguyên mẫu lớn hơn để thử nghiệm công nghệ trên biển và đánh giá tiềm năng mở rộng quy mô. “Nếu thử nghiệm được chứng minh là thành công, công nghệ này có thể cung cấp nước ngọt bền vững cho các cộng đồng ven biển và thúc đẩy các mục tiêu Phát triển bền vững của Liên hợp quốc là 3 (Sức khỏe và có cuộc sống tốt), 6 (Nước sạch và vệ sinh), 10 (Giảm bất bình đẳng) và 12 (Tiêu thụ và sản xuất có trách nhiệm)”, Tiến sĩ Michael Tam, Giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học của Waterloo nói thêm trong thông cáo báo chí.