Các vi mạch loại bỏ muối giúp làm cho nước biển có thể uống được nhờ năng lượng mặt trời
bởi Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah
Một phương pháp đơn giản sử dụng năng lượng mặt trời để khử muối trong nước biển và làm cho nó có thể uống được có thể được sử dụng trong các tình huống khẩn cấp hoặc trên bè cứu sinh. Ảnh: 2023 KAUST; Anastasia Serin.
Một thiết bị chưng cất năng lượng mặt trời có thể làm sạch nước muối từ các nhà máy thẩm thấu ngược với độ mặn trên 10%, cũng như nước lấy trực tiếp từ Biển Đỏ. Công nghệ này cung cấp gấp đôi tỷ lệ sản xuất nước ngọt của các tĩnh năng lượng mặt trời loại bỏ muối hiện có.
Lấy cảm hứng từ cảnh mặt trời lơ lửng trong phim "Cuộc đời của Pi", giáo sư Qiaoqiang Gan của KAUST đã phát triển một số vật liệu nano và quy trình cách ly nhiệt để tăng cường sự bay hơi của nước lợ thành hơi nước tinh khiết. Vào năm 2016, anh ấy đã thành lập một công ty khởi nghiệp, Sunny Clean Water, chuyên sản xuất các máy bơm hơi có chi phí thấp có khả năng tạo ra 10–20 lít nước ngọt mỗi ngày.
Năm 2021, Gan gia nhập KAUST và hợp tác với giáo sư Yu Han đồng nghiệp của KAUST và nhà nghiên cứu Kaijie Yang để cải thiện hiệu quả của quá trình loại bỏ muối, một chiến lược sử dụng các kỹ thuật như bề mặt kỵ nước hoặc đối lưu chất lỏng để hạn chế sự tích tụ khoáng chất.
Thiết bị bay hơi mới của nhóm là một khối nhựa có kích thước centimet chứa một số màng sợi thủy tinh—những vật liệu mỏng thường được sử dụng để lọc. Một màng được sắp xếp theo chiều ngang được phủ bằng các ống nano carbon hoạt động như một lớp hấp thụ ánh sáng ở bề mặt trên của khối lập phương. Bên dưới nó, một loạt các màng định hướng theo chiều dọc, hay còn gọi là "cầu chuyển khối", tách bộ hấp thụ năng lượng mặt trời khỏi nước muối khối lượng lớn.
Tuy nhiên, khi nói đến việc lọc nước biển, Gan thừa nhận rằng ngay cả thiết bị của anh cũng có giới hạn. Ông nói: “Theo thời gian, bạn sẽ luôn thấy muối tích tụ trên vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời—muối tích tụ phản xạ ánh sáng mặt trời và làm giảm hiệu suất của tĩnh vật.
Yang, người nghĩ ra thiết kế, giải thích rằng các cây cầu chứa các vi kênh ưa nước hút nước biển lên lớp năng lượng mặt trời trên cùng để chưng cất thành hơi nước. Và khi lượng muối tích tụ đạt đến một ngưỡng, chính các vi kênh đó sẽ vận chuyển nước muối trở lại nước biển do hoạt động mao dẫn của gradient nồng độ.
Các cây cầu trên cao cho phép dẫn nhiệt xảy ra trong quá trình muối chảy ngược chảy vào mặt trời tĩnh, cải thiện hiệu quả bay hơi. Yang cho biết: “Các thiết bị bay hơi khác có thể loại bỏ muối tốt, nhưng với quá trình chảy ngược ngắn, sẽ có rất nhiều nhiệt năng thất thoát và nó ảnh hưởng đến tốc độ tạo nước”.
"Hệ thống của chúng tôi có lợi thế là nó có thể điều chỉnh sự cân bằng giữa khử muối và tạo nước."
Thử nghiệm ở cả phòng thí nghiệm trong nhà và trạm ngoài trời cho thấy năng lượng mặt trời vẫn có thể đáp ứng nhu cầu uống của hai người mỗi ngày, với chi phí nguyên liệu thô ước tính là 50 USD/m2.
Han nói: “Chúng tôi có thể mở rộng quy mô thành một kiến trúc lớn hơn bằng cách lắp ráp các hình khối lại với nhau. "Bởi vì thiết bị này cung cấp hoạt động lâu dài mà không cần bảo trì, chúng tôi đang chuẩn bị cho thương mại hóa."
Bài báo được đăng trên tạp chí Nature Communications.
