Thiết bị tạo ra nước uống chỉ bằng... ánh nắng Mặt Trời

Phiên bản thử nghiệm tuy chỉ có công suất 2,8 lít nước/ngày, nhưng tiềm năng ứng dụng là rất lớn vì chi phí sản xuất không hề cao. Đặc biệt thiết bị này rất phù hợp cho các vùng khô hạn, ít người sống.

Có kích thước chỉ tương đương một cốc cà phê, thiết bị của nhóm nghiên cứu đến từ trường ĐH California và Học viện MIT (Mỹ) có khả năng tạo ra đủ nước uống cho những ai đang sống ở hoang mạc. Điểm nổi bật của sản phẩm này là nó không dùng tới điện mà chỉ cần ánh nắng Mặt Trời để hoạt động. Tức người dùng chỉ cần đặt nó ra ngoài nắng và... hứng nước!

Trên thực tế, các thiết bị tách lọc hơi nước từ không khí không hề mới. Khó khăn nằm ở chỗ chúng cần có ẩm độ thích hợp để có thể thu được lượng nước mong muốn, hoặc tốn rất nhiều năng lượng để bù đắp. Gần như không thể thu được nước khi ẩm độ dưới 50% mà không tốn nhiều điện. Còn thiết bị mới được phát triển này có thể thu được nước cả khi ẩm độ chỉ còn 20%, và không tốn điện.

Hạn hán đang ngày một nghiêm trọng hơn do biến đổi khí hậu.

Về mặt ý nghĩa, ưu điểm của sản phẩm này không chỉ nằm ở việc tiết kiệm điện, mà vì nó rất phù hợp với nhiều vùng địa lý cũng như nhu cầu sử dụng nước của tương lai. Trong bối cảnh dân số thế giới ngày càng đông, biến đổi khí hậu ngày càng khó lường, số ngày hạn ngày càng nhiều (kết hợp với El Nino), việc sản xuất ra nước sạch trở thành một vấn đề nghiêm trọng ở nhiều quốc gia. Hiện đã có 2/3 dân số thế giới gặp khó khăn trong tiếp cận nước sạch. Nhưng các dòng sông thì đang cạn dần và lượng nước ngầm cũng suy giảm đáng kể. Nhu cầu cần đến một nguồn cấp nước khác là hết sức cần thiết. Hơi nước trong không khí là một trong các nguồn như thế. Theo tính toán của các nhà khoa học, lượng nước trong không khí có thể lấp đầy 5 tỷ hồ bơi đạt chuẩn Olympic trên toàn cầu!

Nhưng tách được nước từ không khí không phải chuyện dễ dàng, nhất là ở những vùng có độ ẩm thấp. Những vật liệu có cấu trúc tảo biển ví dụ như gel silica (SiO₂) có thể làm được việc đó. Bù lại, chúng lại cần tốn một nguồn năng lượng cực lớn để có thể "vắt" được nước ra từ chúng (vì hút ẩm mạnh cũng đồng nghĩa với giữ nước mạnh). Còn nếu không cần nhiều năng lượng, thì tốc độ hút ẩm lại rất chậm.

Đứng trước vấn đề trên, các nhà nghiên cứu gồm Evelyn Wang, Omar Yaghi và một số đồng nghiệp đã nghĩ cách cấu trúc lại các vật liệu có cấu trúc bọt biển, nhằm cho phép "vắt" nước từ chúng dễ dàng mà vẫn đảm bảo được tốc độ hút ẩm đủ nhanh. Loại vật liệu được họ nghiên cứu có tên gọi MOF-801, là một phức hợp hữu cơ liên kết với kim loại. MOF-801 cũng có cấu trúc bọt biển, nhưng yếu tố chính là khả năng giữ nước của nó thay đổi tuỳ theo nhiệt độ. Cụ thể ở nhiệt độ thông thường, MOF-801 hút ẩm. Khi nhiệt độ tăng cao, nó giải phóng hơi nước.

Trong phiên bản thử nghiệm, nhóm nghiên cứu tạo ra một lớp MOF-801 pha với bọt đồng. Khi ở trong bóng râm, lớp hợp chất này thu giữ lại hơi nước trong không khí. Khi đặt ngoài ánh nắng, nhiệt từ Mặt Trời làm nóng lớp vật liệu và hơi nước thoát ra ngoài. Nhóm nghiên cứu đặt một buồng thu nằm bên dưới để thu lại lượng nước vừa thoát ra. Tiếp đó, một bộ ngưng tụ sẽ làm lạnh khối hơi nước trên, chuyển chúng sang dạng lỏng. Toàn bộ quá trình này diễn ra trong 2 giờ.

Lớp vật liệu màu đen (trên cùng) sẽ giải phóng hơi nước khi gặp nhiệt độ cao. Hơi nước giải phóng ra được giữ lại nhờ một buồng thu và ngưng tụ thành dạng lỏng nhờ một bộ ngưng tụ.

Với mỗi kg MOF-801 sử dụng, nhóm nghiên cứu đạt được công suất 2,8 lít nước/ngày. Con số này vừa đủ để một người lớn sử dụng ở những nơi khô hạn như các hoang mạc, nơi không có cơ sở hạ tầng cấp nước sạch. Về mặt lâu dài, nhóm nghiên cứu cho biết họ có thể phát triển ra các hệ thống có kích thước lớn hơn, có thể sản xuất được nhiều nước hơn cho cả một cộng đồng sử dụng.

Trong một tương lai khi hạn hán trở lên nặng nề vì biến đổi khí hậu, những vật liệu như MOF-801 có thể là chìa khoá giúp nhân loại giải quyết bài toán nước sạch vì các dòng sông lẫn các hồ chứa trở nên cạn kiệt do tình trạng quá tải dân số.