Ánh sáng mặt trời để sinh tồn: Công nghệ năng lượng mặt trời tiên phong biến không khí thành nước
Bởi VIỆN VẬT LÝ MỸ NGÀY 9 THÁNG 12 NĂM 2023
Một bước đột phá trong việc thu hoạch nước bằng năng lượng mặt trời sử dụng thiết kế hệ thống và gel cải tiến để tách nước từ khí quyển một cách hiệu quả. Công nghệ này có thể cách mạng hóa việc tiếp cận nguồn nước ở những vùng nắng khô cằn, đáp ứng nhu cầu cấp thiết về nước uống và các mục đích sử dụng khác. (Khái niệm của nghệ sĩ.) Nhà cung cấp: SciTechDaily.com
Máy thu hoạch nước khí quyển cung cấp nước cho các cộng đồng khô cằn bằng cách sử dụng gel và muối hút ẩm.
Hơn 2,2 tỷ người hiện đang sống ở các quốc gia căng thẳng về nước và Liên Hợp Quốc ước tính có 3,5 triệu người chết mỗi năm vì các bệnh liên quan đến nước. Bởi vì những khu vực cần cải thiện nước uống nhất cũng nằm ở những nơi nắng nhất trên thế giới nên người ta rất quan tâm đến việc khai thác ánh sáng mặt trời để giúp có được nước sạch.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Giao thông Thượng Hải ở Trung Quốc đã phát triển một công nghệ thu hoạch nước khí quyển sử dụng năng lượng mặt trời mới đầy hứa hẹn có thể giúp cung cấp đủ nước uống cho người dân sống sót ở những vùng đất khô hạn khó khăn. Họ đã xuất bản công trình của mình trên Tạp chí Vật lý Ứng dụng, một tạp chí Nhà xuất bản AIP.
Tác giả Ruzhu Wang cho biết: “Công nghệ thu nước từ khí quyển này có thể được sử dụng để tăng nhu cầu cung cấp nước hàng ngày, chẳng hạn như nước uống gia đình, nước công nghiệp và nước vệ sinh cá nhân”.
Vượt qua những thách thức truyền thống
Trong lịch sử, các nhà nghiên cứu đã phải đối mặt với những thách thức khi bơm muối vào hydrogel vì hàm lượng muối cao hơn làm giảm khả năng trương nở của hydrogel do hiệu ứng khử muối. Điều này dẫn đến rò rỉ muối và khả năng hấp thụ nước giảm.
Wang cho biết: “Chúng tôi rất ấn tượng rằng ngay cả khi bơm tới 5 gam muối vào 1 gam polyme, gel thu được vẫn duy trì đặc tính trương nở và giữ muối tốt”.
Sơ đồ chu trình thu hoạch nước trong khí quyển ban ngày. Tín dụng: Wang Ruzhu
Thiết kế hệ thống và gel hút ẩm cải tiến
Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp một loại gel siêu hút ẩm sử dụng dẫn xuất thực vật và muối hút ẩm có khả năng hấp thụ và giữ lại một lượng nước vô song. Một kg gel khô có thể hấp thụ 1,18 kg nước trong môi trường khí quyển khô cằn và lên tới 6,4 kg trong môi trường khí quyển ẩm ướt. Loại gel hút ẩm này được chuẩn bị đơn giản và rẻ tiền và do đó sẽ phù hợp cho việc chuẩn bị trên quy mô lớn.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một nguyên mẫu có buồng giải hấp và ngưng tụ được cấu hình song song. Họ sử dụng một động cơ phản lực cánh quạt trong buồng ngưng tụ để tăng khả năng thu hồi nước đã giải hấp lên hơn 90%.
Trong một cuộc trình diễn nguyên mẫu ngoài trời, nhóm nghiên cứu nhận thấy nó giải phóng nước hấp phụ ngay cả vào buổi sáng hoặc buổi chiều khi mặt trời yếu. Hệ thống cũng có thể đạt được sự hấp phụ và giải hấp đồng thời vào ban ngày.
Các ứng dụng và tối ưu hóa trong tương lai
Nhóm sẽ nỗ lực đạt được sự hấp phụ và giải hấp đồng thời bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo để tối đa hóa sản lượng nước hàng ngày trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ nhằm tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất của hệ thống cho các ứng dụng thực tế trong sản xuất nước.
Ngoài việc sản xuất nước hàng ngày, các vật liệu hấp thụ thu được nước trong khí quyển cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng trong tương lai như hút ẩm, tưới tiêu nông nghiệp và quản lý nhiệt cho các thiết bị điện tử.
Tham khảo: “Thu hoạch không khí-nước vào ban ngày dựa trên gel xốp siêu hút ẩm với khả năng hấp phụ-giải hấp đồng thời” của Chengjie Xiang, Xinge Yang, Fangfang Deng, Zhihui Chen và Ruzhu Wang, ngày 5 tháng 12 năm 2023, Bài đánh giá Vật lý Ứng dụng.
DOI: 10.1063/5.0160682
