Thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời của Cornell biến nước biển thành hydro và nước ngọt
Một sự phân tách thông minh: hydro và nước ngọt từ một thiết bị năng lượng mặt trời
Hãy tưởng tượng việc lấy nước uống sạch và nhiên liệu thân thiện với môi trường trực tiếp từ nước biển — chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời. Đó chính xác là những gì các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã làm. Họ đã tạo ra một thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời có thể sản xuất cả hydro xanh và nước ngọt, tất cả trong một hệ thống khép kín, tinh tế.
Đây không chỉ là một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm khác. Đây là một bước tiến táo bạo hướng tới giải quyết hai trong số những thách thức lớn nhất của hành tinh — năng lượng bền vững và khả năng tiếp cận nước sạch — chỉ bằng một công nghệ duy nhất.
Công nghệ đằng sau bước đột phá này
Vậy, nó hoạt động như thế nào? Trung tâm của tất cả là một tế bào quang điện hóa, hay viết tắt là PEC. Đây là sự kết hợp thông minh giữa công nghệ thu năng lượng mặt trời và công nghệ phân tách nước. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào điện cực quang của thiết bị, nó sẽ kích hoạt phản ứng phân tách nước thành hydro và oxy. Hydro được thu thập — bùng nổ, nhiên liệu sạch.
Bây giờ, phần mà chúng ta đã thấy trước đó. Phép thuật thực sự là gì? Nó cũng bao gồm chức năng khử muối tích hợp. Mặc dù các nhà nghiên cứu vẫn chưa tiết lộ tất cả các chi tiết kỹ thuật, nhưng hệ thống này có thể sử dụng màng hoặc kỹ thuật điện hóa để lọc muối và tạp chất. Điều đó có nghĩa là nó không chỉ tách hydro từ nước biển mà còn để lại nước sạch, có thể uống được thay vì chất thải có muối.
Tại sao nó quan trọng
Đây là điểm mấu chốt: hầu hết các phương pháp sản xuất hydro — như điện phân truyền thống — đều yêu cầu nước tinh khiết, khử ion. Đó là một vấn đề thực sự ở các vùng ven biển hoặc khô cằn, nơi nước ngọt vốn đã khan hiếm.
Cornell đã đảo ngược kịch bản và hỏi, "Tại sao không bắt đầu với nước biển?" Bằng cách đó, thiết bị này không chỉ cắt giảm nhu cầu về nước ngọt mà còn thực sự tạo ra nước ngọt. Bây giờ chúng ta đang nói đến chi phí thấp hơn, cơ sở hạ tầng đơn giản hơn và một hệ thống bền vững giải quyết hai vấn đề cùng một lúc.
Đối với những nơi như các quốc đảo hoặc cộng đồng ven biển đang cố gắng tránh xa nhiên liệu hóa thạch, đây có thể là một bước ngoặt. Không cần các nhà máy khử muối lớn hoặc vận chuyển dầu diesel. Chỉ có mặt trời, nước biển và công nghệ thông minh.
Sức mạnh của tổ chức: Vai trò của Cornell trong nghiên cứu năng lượng
Bước đột phá này là một ví dụ khác về việc Đại học Cornell thể hiện sức mạnh của mình trong trò chơi công nghệ sạch. Với nền tảng sâu rộng về kỹ thuật và khoa học, họ đã hợp tác với những tên tuổi lớn như Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Quỹ Khoa học Quốc gia trong một loạt các dự án sáng tạo.
Kể từ khi Michael I. Kotlikoff nhậm chức chủ tịch tạm quyền vào năm 2024, trường đã tăng gấp đôi các giải pháp tập trung vào kết nối năng lượng-nước — định vị mình là động lực thực sự của công nghệ khí hậu có tư duy tiến bộ.
Nhưng liệu nó có thể mở rộng quy mô không?
Nguyên mẫu này đáp ứng được nhiều tiêu chí, nhưng việc mở rộng quy mô sẽ phụ thuộc vào một số điều sau:
– Độ bền: Liệu nó có thể xử lý được thực tế khắc nghiệt của nước mặn trong nhiều tháng hoặc nhiều năm không?
– Tuổi thọ của màng: Liệu vật liệu lọc có đủ bền để chống lại các chất độc hại của đại dương như muối và clo không?
– Tích hợp: Đây có thực sự là thiết lập cắm và chạy hay vẫn cần thêm thiết bị như máy bơm hoặc bộ lọc?
– Hiệu quả về chi phí: Khi sản xuất hàng loạt, liệu nó có vượt qua được chi phí của các hệ thống sản xuất hydro và khử muối riêng biệt không?
Những câu hỏi này vẫn chưa có lời giải, nhưng câu trả lời sẽ quyết định việc chuyển từ phòng thí nghiệm sang tác động thực tế.
Thu nhỏ: Xu hướng rộng hơn
Công nghệ này là một phần trong nỗ lực lớn hơn hướng tới việc hợp nhất sản xuất năng lượng bền vững với quản lý nước thông minh. Trên khắp thế giới, các nhà khoa học đang chạy đua để phát triển các hệ thống có thể kết hợp sản xuất hydro, năng lượng mặt trời và khử muối trong một gói. Nhưng làm thế nào để kết hợp tất cả lại với nhau theo cách đáng tin cậy và giá cả phải chăng? Đó là phần khó khăn.
Một số người đã xây dựng các hệ thống mô-đun, không nối lưới điện — thậm chí là các thiết lập dạng container có tấm pin mặt trời và máy tạo nước — nhưng họ thường cần nước tinh khiết để bắt đầu. Đó là lý do tại sao quan điểm của Cornell lại hấp dẫn đến vậy. Nếu thiết bị này thực sự có thể chuyển trực tiếp từ nước biển thành hydro và nước uống an toàn — mà không cần xử lý trước — thì đó là một bước tiến lớn.
Lợi nhuận tiềm năng
Nếu công nghệ này có thể mở rộng quy mô, đây là những gì chúng ta đang hướng tới:
– Hydro xanh không phụ thuộc vào nước ngọt.
– Tiếp cận nước uống sạch với giá cả phải chăng ở những nơi đang rất cần.
– Chi phí cơ sở hạ tầng thấp hơn nhờ hệ thống hai trong một.
– Độc lập về năng lượng và nước cho các vùng xa xôi, cộng đồng không có lưới điện và vùng thiên tai.
Đây không chỉ là một dự án khoa học thú vị — nó có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về việc tiếp cận tài nguyên trong một thế giới đang nóng lên.
Tiếp theo là gì?
Bây giờ, mọi con mắt đều đổ dồn vào các hoạt động tiếp theo: số liệu về hiệu suất, thử nghiệm thực địa và quan hệ đối tác có thể giúp đưa dự án này vào cuộc sống bên ngoài phòng thí nghiệm. Thiết bị này nằm ở ngã ba đường của sản xuất hydro, công nghệ pin quang điện hóa và các giải pháp thay thế điện phân — tất cả đều là những chiến trường quan trọng trong cuộc chiến vì một tương lai sạch hơn.
