Thay vì khử muối từ nước biển, các nhà nghiên cứu chọn cách hút nước từ không khí để tạo ra nước ngọt.
Một trong những thách thức lớn nhất của tương lai chính là sự khan hiếm nước sạch. Trên một hành tinh đang ấm dần lên, chúng ta có rất nhiều nước biển nhưng lại không đủ nước ngọt, nước sạch ở đúng những nơi cần thiết và cho tất cả mọi người.
Và trong khi rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào phương pháp khử muối, thì mới đây, một nhóm các nhà khoa học đã đưa ra một giải pháp khả thi khác. Một thiết bị có thể hút nước từ không khí, thậm chí là ở những nơi có độ ẩm thấp hơn 20%. Và tất cả những gì nó cần chỉ là ánh sáng mặt trời.
Có vẻ đây là một thiết bị quá lý tưởng và dễ dẫn đến những hoài nghi, nhưng cho đến nay nó đã được khẳng định là có thật. Được gọi với cái tên “máy thu hoạch sử dụng năng lượng mặt trời”, thiết bị được chế tạo bởi nhiều nhóm nghiên cứu từ MIT và Đại học California, Berkeley, sử dụng một loại vật liệu đặc biệt được biết đến là khung kim loại-hữu cơ (MOF).
Để rõ hơn, thiết bị này hiện mới chỉ trong giai đoạn xây dựng nguyên mẫu và đã được thử nghiệm trong những điều kiện khá hạn chế, nhưng kết quả cho đến nay rất tích cực và đã được xuất bản trên tạp chí Science.
“Đây là một bước đột phá lớn trong việc thu gom nước từ không khí có độ ẩm thấp, đã thách thức chúng ta bấy lâu nay”, Omar Yaghi, nhà nghiên cứu từ Đại học California, Berkeley. “Không còn cách nào khác để thực hiện công việc đó hiện nay, ngoại trừ cách sử dụng rất nhiều năng lượng. Máy hút ẩm ở nhà bạn “tạo ra” nước với giá vô cùng đắt đỏ.”
Hai phần ba dân số thế giới hiện đang thiếu nước sạch, trong khi theo ước tính có khoảng 13.000 nghìn tỷ lít nước trên thế giới có mặt trong không khí xung quanh chúng ta. Cho đến nay, nguyên mẫu của thiết bị đã được thử nghiệm trong điều kiện độ ẩm từ 20 - 30%, và nó có thể hút 2,8 lít nước từ không khí trong vòng 12 giờ, sử dụng 1 kg MOF.
Những thử nghiệm khác được thực hiện trên tầng thượng của MIT cũng có kết quả tốt, cho thấy thiết bị này có thể hoạt động được trong môi trường thực tế. Nhóm nghiên cứu cũng nói rằng thiết bị này có thể dễ dàng được nhân rộng để cung cấp cho một gia đình lượng nước ngọt mà họ cần cho một ngày.
“Một viễn cảnh trong tương lai đó là những đường ống nước không còn cần thiết, mỗi gia đình sẽ có một thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp nước đáp ứng cho nhu cầu sử dụng của họ”, Yaghi nói. “Với tôi, điều này là khả thi khi các thử nghiệm này đạt được kết quả tốt. Tôi gọi đây là ‘nước cá nhân’.”
Yaghi là người đã làm việc trên vật liệu MOF đầu tiên cách đây hơn 20 năm. Không giống như những tấm kim loại thông thường, những tấm MOF có cấu trúc gồm các kim loại như magiê hay nhôm kết hợp với các phân tử hữu cơ, sắp xếp bền vững với những lỗ nhỏ lý tưởng để chứa khí hoặc chất lỏng.
Kể từ đó, đã có hơn 20.000 loại MOF khác nhau được tạo ra bởi các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới. Chúng được dùng để lọc CO2 và rất hiệu quả trong việc lưu trữ các hóa chất như hydro hay mê-tan. Loại MOF được dùng trong “máy thu hoạch sử dụng năng lượng mặt trời” được tổng hợp vào năm 2014, có chứa sự kết hợp của kim loại Zirconi và axit adipic, đây là những thứ liên kết với hơi nước.
Nhóm nghiên cứu của MIT sau đó đã lấy các tinh thể (có kích thước bằng hạt bụi) của loại MOF này và nén chúng vào giữ một tấm hấp thụ năng lượng mặt trời và một tấm tụ nước. Tiếp đó là đặt toàn bộ những thứ trên vào bên trong một chiếc hộp mở.
Bạn có thể xem thiết bị này bên dưới:
Khi không khí xung quanh khuếch tán qua các tinh thể MOF, các phân tử nước dính vào bề mặt bên trong. Nghiên cứu bằng tia X đã cho thấy các phân tử hơi nước thường tập trung thành nhóm, tạo ra các khối lập phương. Sau đó, ánh sáng mặt trời sẽ làm nóng MOF và đẩy hơi nước đến tấm tụ nước, nơi có cùng nhiệt độ với không khí bên ngoài. Lúc này, hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và nhỏ giọt vào bộ phận thu để cung cấp nước uống sạch.
“Nghiên cứu đem đến một phương pháp mới để thu gom nước từ không khí mà không cần yêu cầu độ ẩm cao và giúp tiết kiệm năng lượng hơn bất kỳ công nghệ nào hiện nay”, trưởng nhóm nghiên cứu Evelyn Wang nói.
Mặc dù nghe khá tuyệt nhưng nhóm cũng thừa nhận rằng vẫn còn nhiều chỗ phải cải tiến và tinh chỉnh để biến thiết bị này trở nên hiệu quả hơn. Loại vật liệu MOF này cũng có thể được tinh chỉnh để phù hợp và có hiệu quả hơn trong điều kiện độ ẩm thấp hơn hoặc cao hơn.
Tham khảo Sciencealert
NỔI BẬT TRANG CHỦ
Vì sao các nữ phi hành gia phải uống thuốc tránh thai trước khi bước vào cuộc hành trình xa xôi trong không gian?
Việc các nữ phi hành gia sử dụng thuốc tránh thai trước khi thực hiện các nhiệm vụ không gian là một biện pháp nhằm đảm bảo sức khỏe, an toàn và hiệu suất làm việc của họ. Mặc dù có một số hạn chế, nhưng đây vẫn là một giải pháp được nhiều người lựa chọn trong điều kiện hiện tại.
Bị Mỹ cấm vận đủ đường, nhà sáng lập Huawei Nhậm Chính Phi vẫn hết lời khen ngợi: "Mỹ đã thiết lập một chuẩn mực trên toàn thế giới"
