Khử mặn là luôn vấn đề quan trọng, được ưu tiên đối với nhiều quốc gia, đặc biệt là các quốc gia ven biển và đảo, đây là những nơi đang gặp vấn đề thiếu nước ngọt do sự gia tăng dân số và nhu cầu sử dụng nước trên toàn cầu. Theo Báo cáo Phát triển tài nguyên nước thế giới của Liên hợp quốc năm 2024, khoảng 2,2 tỷ người trên thế giới không tiếp cận được nước sạch, điều này càng nhấn mạnh vai trò và sự cần thiết của các công nghệ mới để tạo ra nước ngọt. Các hệ thống khử mặn hiện tại thường bơm nước biển qua màng lọc để tách muối ra khỏi nước, nhưng quy trình này tiêu tốn nhiều năng lượng và muối thường tích tụ trên bề mặt thiết bị, cản trở dòng chảy của nước và làm giảm hiệu suất. Kết quả là các hệ thống này cần bảo trì thường xuyên và không thể hoạt động liên tục.
Hệ thống thử nghiệm của nghiên cứu.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo đã lấy cảm hứng từ chu trình nước tự nhiên để tạo ra một thiết bị mô phỏng cách cây vận chuyển nước từ rễ lên lá. Công nghệ mới này có thể khử mặn liên tục mà không cần bảo trì.
Giáo sư Michael Tam - Khoa Kỹ thuật Hóa học, Đại học Waterloo cho biết, nhóm nghiên cứu lấy cảm hứng từ việc quan sát cách thiên nhiên tự duy trì và cách nước bay hơi và ngưng tụ trong môi trường. Hệ thống được thiết kế để kích thích nước bay hơi, sau đó vận chuyển nó lên bề mặt và ngưng tụ trong một chu trình khép kín, ngăn chặn sự tích tụ muối, từ đó duy trì hiệu suất hoạt động của thiết bị. Thiết bị này sử dụng năng lượng mặt trời và có thể chuyển đổi khoảng 93% ánh nắng thành năng lượng (hiệu quả gấp 5 lần so với các hệ thống khử mặn hiện nay). Nó cũng có thể tạo ra khoảng 20 lít nước ngọt với mỗi mét vuông nước, đáp ứng đúng lượng nước mà Tổ chức Y tế Thế giới khuyến nghị mỗi người cần mỗi ngày cho nhu cầu uống và vệ sinh cơ bản.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra thiết bị này bằng cách sử dụng bọt niken phủ một lớp polymer dẫn điện và các hạt phấn phản ứng nhiệt. Vật liệu này hấp thụ ánh sáng mặt trời trên toàn bộ quang phổ bức xạ để chuyển năng lượng mặt trời thành nhiệt. Một lớp nước muối mỏng trên polymer được đun nóng và vận chuyển lên trên, giống như cách nước di chuyển qua các mao mạch trong cây. Khi nước bay hơi, muối còn lại sẽ di chuyển xuống lớp dưới của thiết bị, giống như hệ thống lọc ngược trong bể bơi, ngăn ngừa tắc nghẽn nước và đảm bảo thiết bị hoạt động liên tục.
Giáo sư Yuning Li - Khoa Kỹ thuật Hóa học, Đại học Waterloo đã giúp nhóm nghiên cứu tạo ra năng lượng mặt trời cho dự án, sử dụng thiết bị thử nghiệm năng lượng mặt trời để đo khả năng thu ánh sáng của thiết bị.
Giáo sư Yuning Li chia sẻ, thiết bị mới này không chỉ hiệu quả mà còn dễ dàng mang theo, rất lý tưởng cho các khu vực xa xôi - nơi không có nước ngọt. Công nghệ này mang đến một giải pháp bền vững cho cuộc khủng hoảng nước hiện nay.
Giáo sư Michael Tam cho biết thêm, trong tương lai, các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo có kế hoạch xây dựng nguyên mẫu của thiết bị để thử nghiệm ngoài biển trên quy mô lớn. Nếu thử nghiệm 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 về sức khỏe, nước sạch, giảm bất bình đẳng và tiêu dùng bền vững.
TXB (theo University of Waterloo)