Máy chưng cất nước bằng ánh sáng mặt trời giá rẻ
Một phần mười dân số thế giới đang thiếu nước sạch. Giờ đây, các nhà nghiên cứu công bố đã phát triển một thiết bị dùng ánh sáng mặt trời để chưng cất nước sạch với tốc độ nhanh hơn bốn lần so với các phiên bản đang có trên thị trường.
Từ hàng nghìn năm nay, con người đã biết dùng năng lượng mặt trời để chưng cất nước sạch. Nguyên lý cơ bản là nước bẩn được đựng trong những chiếc bình có đáy màu đen và đậy ở trên bằng tấm nhựa hoặc kính trong suốt. Ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi vật liệu màu đen đẩy nhanh quá trình bốc hơi, hơi nước ngưng tụ trên tấm đậy bằng kính/nhựa trong suốt được dẫn vào vật chứa nước sạch. Hầu hết các chất ô nhiễm không bốc hơi, nhưng rất nhiều năng lượng mặt trời bị lãng phí trong quá trình làm nóng từ từ một bình đầy nước. Thậm chí những dụng cụ chưng cất tốt nhất cũng cần rộng đến 6m2 để tạo ra đủ nước cho một người dùng trong một ngày.
Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã cải tiến các thiết bị chưng cất theo hai hướng. Thứ nhất, họ thiết kế các dụng cụ chứa nước sao cho chỉ có lớp nước trên cùng mới được làm nóng và bốc hơi, nghĩa là sẽ ít năng lượng bị lãng phí hơn. Thứ hai, họ chuyển sang vật liệu nano để hấp thụ nhiều tia mặt trời hơn. Nhưng những vật liệu nano hấp thụ ánh sáng hiệu quả có giá hàng trăm USD/gram, khiến chúng không phù hợp với những nước đang phát triển, nơi cần công nghệ làm sạch nước này nhất.
Nhận thức được vấn đề này, Qiaoqiang Gan, kĩ sư điện tại Đại học Bang New York (SUNY), Buffalo, Mỹ, tìm cách nghiên cứu thiết cứu thiết bị chưng cất nước sạch từ các vật liệu có giá rẻ.
Thiết bị mới do nhóm của ông nghiên cứu gồm ba phần chính. Gan và các đồng nghiệp bắt đầu với loại giấy nhiều sợi – giống như loại giấy dùng để in tiền. Họ phủ giấy bằng một lớp carbon màu đen, một loại bột rẻ tiền còn lại sau khi đốt dầu hoặc nhựa đường. Tiếp đến, họ lấy một tấm xốp polystyrene hình vuông – loại được dùng để làm cốc cà phê – cắt nó thành 25 phần riêng rẽ nhưng được nối lại với nhau. Tấm xốp nổi trên mặt nước chưa qua xử lí và hoạt động như một tấm cách nhiệt, ngăn ánh sáng mặt trời làm nóng phần nước ở phía dưới. Sau đó, họ đặt các tấm giấy quanh bốn mặt của tấm xốp, với các mép gấp nằm dưới mặt nước. Cuối cùng, họ đặt một cái chóp làm bằng acrylic trong suốt lên trên. Toàn bộ khối thiết bị này nổi trên mặt nước, lớp giấy sẽ hút dần nước lên, còn lớp carbon màu đen sẽ hấp thụ ánh sáng mặt trời.
Trong quá trình hoạt động, nước bốc hơi từ tấm giấy phủ carbon đọng lại trên chóp acrylic và chảy xuống một bình đựng. Gan và các đồng nghiệp công bố trên Global Challenges rằng hệ thống này không chỉ hoạt động, mà hiệu suất dùng năng lượng mặt trời để làm bốc hơi nước đạt đến 88%. Điều này cho phép một thiết bị có kích thước 1m2 chưng cất được 1 lít nước mỗi giờ, nhanh gấp bốn lần so với các thiết bị chưng cất đang có mặt trên thị trường, theo Gan.
Ông ước tính, những vật liệu cần thiết để tạo ra nó chỉ vào khoảng 1,6 USD/m2, so với mức giá 200 USD/m2 cho những hệ thống sử dụng những thấu kính đắt đỏ để hội tụ ánh sáng mặt trời, làm tăng tốc độ bốc hơi nước. Một thiết bị cấp nước ở mức tối thiểu cho một gia đình bốn người do nhóm của ông thiết kế chỉ tốn khoảng 5USD cho vật liệu thô. Mức giá rẻ đó không những có lợi cho người nghèo mà còn rất phù hợp cho các hoạt động cứu trợ ở những vùng bị thiên tai làm mất hoàn toàn nguồn nước uống. “Chúng tôi tin rằng công nghệ này sẽ sớm được ứng dụng,” Gan bày tỏ.
Công trình của Gan là “một tiến bộ tốt đẹp”, Gang Chen, kĩ sư cơ khí tại MIT, Cambridge, người cũng phát triển một thiết bị chưng cất nước sạch từ những vật liệu nhẹ, bình luận. Bộ thiết mới này không chỉ sử dụng những vật liệu không thể rẻ hơn trên thị trường, mà còn tạo ra nước sạch nhanh hơn rất nhiều, ông nhấn mạnh. “Điều này thực sự quan trọng trong việc giải quyết những thách thức về nước”.
Các tác giả của nghiên cứu đã lập công ty Suny Clean Water để thương mại hóa công trình và thương thảo với một số công ty trên thế giới để đưa công nghệ mới này vào sử dụng rộng rãi.
Nhàn Vũ dịch
Nguồn:
http://www.sciencemag.org/news/2017/02/sunlight-powered-purifier-could-clean-water-impoverished
