Thiết bị sản xuất 38 lít nước sạch trong 1 giờ từ không khí loãng sẽ là cứu cánh cho loài người trong tương lai

Với công nghệ vật liệu và chế tạo mới, thiết bị thu hoạch nước này có thể tạo ra đến 38 lít nước mỗi giờ, ngay cả ở những khu vực khô cằn nhất.

Một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Akron ở Ohio đang nghiên cứu để giải quyết một trong những vấn đề cấp bách nhất mà con người phải đối mặt trong tương lai: tiếp cận và sử dụng nước sạch.

Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đang phát triển một nguyên mẫu máy thu hoạch nước, về cơ bản có thể sản xuất ra 10 gallons (gần 38 lít) nước uống mỗi giờ từ không khí loãng.

"Mọi người đều sẽ được sử dụng nước sạch," Tiến sĩ Josh Wong, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Akron cho biết. "Chứ không chỉ 0,1%."

Khái niệm được tiến sĩ Wong – một chuyên gia về polymer – đề cập ở đây là một nguyên mẫu thu hoạch nước từ không khí, có giá thành rẻ và sử dụng hiệu quả trong những khu vực khan hiếm nước.

Nguồn cảm hứng từ lịch sử và sinh vật

Lượng nước bay hơi trong không khí thường được xem như độ ẩm. Ở các khu vực nhiệt đới thường có độ ẩm tương đối cao, có thể dễ dàng thu hoạch nước nhờ vào các thiết bị như lưới bắt sương (fog catcher) để biến hơi nước thành nước uống được.

Tuy nhiên, theo ông Wong, tại các nơi khô cằn như California hay dãy Andes, những thiết bị thu hoạch nước này trở nên kém hiệu quả. Và cho dù các quốc gia như Israel đang thử nghiệm việc khử muối trong nước biển, ông Wong cho rằng quá trình này quá đắt đỏ để có thể triển khai trên quy mô lớn, đặc biệt với nạn thiếu hụt nước đang trở nên ngày càng gay gắt ở những khu vực nghèo khi thế giới ấm lên do hậu quả của biến đổi khí hậu.

Để phát triển một máy thu hoạch nước, nhóm đã lấy cảm hứng từ cả sinh vật học và lịch sử. "Không khí là một trong những nguồn nước dồi dào nhất mà chúng ta có. Hãy nhìn vào dự báo thời tiết tại khu vực của bạn hoặc cơn bão đang tấn công vào Hawaii." Ông Wong cho biết. "Chúng ta vẫn chưa hoàn toàn khai thác được nó."

Những người phụ nữ gánh nước thu được từ các hố cát ở Somalia.

Ông Wong chỉ ra rằng, các cộng đồng bản xứ ở dãy núi Andes – vốn là các hoang mạc trên cao với lượng mưa hàng năm rất ít ỏi – đã sử dụng các kỹ thuật để thu giữ nước trong không khí từ hàng thế kỷ nay. Trong lịch sử, những cộng đồng này đã thu thập sương đọng lại trong các hố trên hoang mạc. Vào buổi sáng, họ sẽ thu thập sương và dẫn nó vào trong các bình chứa lớn, và biến chúng thành nguồn nước sạch cho họ.

Loài bọ cánh cứng Namib Desert cũng là một nguồn cảm hứng khác cho các nhà nghiên cứu. Những con bọ hung này, vốn sống ở những hoang mạc khô cằn nhất trên Trái Đất, có cơ thể thích nghi với việc thu thập nước. Để uống nước, chúng chỉ việc leo lên điểm cao nhất – ví dụ, như một đụn cát – và hướng bụng của chúng về phía ngọn gió.

Gió thổi vào từ đại dương sẽ mang theo nhiều hạt nước, và ngưng tụ lại trên cơ thể chúng. Trên cơ thể chúng có những rãnh đặc biệt để dẫn nước ngưng tụ vào miệng của chúng.

Bắt những hạt nước ở cấp độ nano

Wong và nhóm của mình đã cố gắng tạo ra "phiên bản thu nhỏ" cho quá trình thu hoạch nước trong không khí bằng cách sử dụng các sợi polymer sản xuất theo quy trình electrospinning (quay điện hóa).

Electrospinning là kỹ thuật kéo sợi từ dung dịch polymer hoặc polymer nóng chảy bằng lực tĩnh điện. Kỹ thuật này cho phép tạo ra các sợi polymer siêu mảnh, với bề ngang chỉ từ vài chục nanomet, nghĩa là một diện tích bề mặt khổng lồ có thể thu gọn lại trong một không gian rất nhỏ.

Quá trình sản xuất sợi polymer bằng Electrospinning.

Điều đó biến các sợi polymer kích thước nano này thành một công cụ vô cùng hiệu quả trong việc thu thập nước, đặc biệt trong các môi trường khô cằn. Không chỉ vậy, thiết bị chạy bằng pin Lithium-Ion này, còn có khả năng lọc nước, bởi vì bề mặt của vật liệu sẽ loại bỏ được bất kỳ vi trùng hay vi khuẩn nào xuất hiện trong hơi nước.

Để minh họa cho ví dụ của mình, Wong cho biết, cũng tương tự như việc đeo kính chống nắng giữa cái nắng mùa hè vậy. Khi bạn đang ở ngoài trời trong một ngày mùa hè nóng ẩm và bước vào trong phòng điều hòa, kính mắt của bạn sẽ giống như phủ một lớp sương mù vậy. Lớp sương đó cũng có thể thu thập ở kích thước nano.

Trong khi các nhà nghiên cứu khác cũng đang làm việc để phát triển những thiết bị thu thập nước, ông Wong cho rằng ý tưởng của mình sẽ nhỏ hơn và rẻ hơn, và vì vậy dễ mở rộng hơn so với các nguyên mẫu thiết bị thu thập nước khác vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Nó có thể có dạng như một chiếc balo, hoặc thậm chí được đặt trên một con tàu có đường ray, để di chuyển từ nơi thu thập nước và mang tới cho các cộng đồng dân cư.

Ông Wong đã trình bày phát kiến của mình tại cuộc họp của hội Hóa học Mỹ (American Chemical Society) vào đầu tuần trước, và nhóm của ông đang tìm nguồn vốn để phát triển một nguyên mẫu hoạt động được cho dự án.

"Nhiều người sẽ phải chịu cảnh thiếu nước trên toàn thế giới trong những năm tới," Wong cho biết. "Chúng tôi đang hy vọng mình có thể giải quyết vấn đề này."