Thu hoạch nước trong khí quyển: Tối ưu hóa thiết bị hydrogel hút ẩm giúp cải thiện hiệu quả
Hệ thống SAWH dựa trên hydrogel. (A) Sơ đồ thiết bị, trực quan hóa cả các thành phần chính của hệ thống cũng như năng lượng và truyền khối lượng trong suốt quá trình hoạt động ngày-đêm theo chu kỳ. (B) Chất hấp thụ hydrogel PAM-LiCl được minh họa ở cấp độ vi mô, mô tả chi tiết cấu trúc liên kết chéo của vật liệu composite hydrogel chứa muối. Đường đẳng nhiệt hấp thụ hơi nước ở 25°C chứng minh khả năng thu giữ độ ẩm cao, ngay cả trong môi trường khô cằn. (C) Tổng quan về hệ thống SAWH được triển khai tại Sa mạc Atacama ở Chile. Nguồn: Device (2025). DOI: 10.1016/j.device.2025.100798
Một nhóm nhỏ các kỹ sư từ Hoa Kỳ, Chile và Ireland đã tìm ra cách chiết xuất nhiều nước hơn từ không khí khô hơn, cho phép sản xuất nước ở những nơi khô cằn như Sa mạc Atacama. Bài báo của họ được xuất bản trên tạp chí Device.
Thay vì tìm cách cải thiện vật liệu hấp thụ, nhóm nghiên cứu đã tìm cách tối ưu hóa cách thức hoạt động của các hệ thống thu nước dựa trên hydrogel.
Các nhà khoa học tin rằng sẽ có một cuộc khủng hoảng nước toàn cầu trong những năm tới. Khi nhu cầu về nước ngọt tăng lên và các nguồn nước hiện có cạn kiệt, thì cần có các nguồn nước mới. Một lĩnh vực nghiên cứu phổ biến liên quan đến việc chiết xuất nước từ không khí.
Các kỹ thuật hiện tại liên quan đến hydrogel và khung kim loại hữu cơ. Trong nỗ lực mới này, các nhà nghiên cứu tập trung sự chú ý của họ vào các hệ thống sử dụng hydrogel để hấp thụ nước trong không khí vào ban đêm khi không khí chứa nhiều nước nhất, sau đó sử dụng năng lượng mặt trời vào ban ngày để ép nước từ hydrogel vào bình chứa.
Khi nghiên cứu các quy trình hydrogel hiện đang được sử dụng, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng phần kém hiệu quả nhất của các hệ thống như vậy là tốc độ hydrogel hấp thụ nước từ không khí và họ tìm cách đẩy nhanh quá trình này.
Họ đã đưa ra một phương pháp nhanh hơn 10 lần so với các thiết bị dựa trên MOF khác liên quan đến việc tạo ra hydrogel bằng polyme polyacrylamide liên kết chéo với lithium clorua bổ sung. Những thay đổi tiếp theo bao gồm tối ưu hóa độ dày của hydrogel và khoảng cách không khí được sử dụng để thu thập nước từ hydrogel.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị của họ tại Sa mạc Atacama trong cái nóng của mùa hè và phát hiện ra rằng nó có thể cung cấp nước ở mức độ ẩm thấp tới 11%. Họ cũng phát hiện ra rằng nó có thể sản xuất tới hai lít một ngày khi mức độ ẩm là 30%. Trong một thử nghiệm khác, lần này là từ một mái nhà trong khuôn viên trường MIT, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thiết bị có khả năng sản xuất 1,7 L/m2/ngày trong điều kiện độ ẩm 50%.
Thông tin thêm: Chad T. Wilson và cộng sự, Thu hoạch nước trong khí quyển bằng năng lượng mặt trời tại Sa mạc Atacama thông qua tối ưu hóa dựa trên vật lý của thiết bị hydrogel hút ẩm, Thiết bị (2025). DOI: 10.1016/j.device.2025.100798
Thông tin tạp chí: Thiết bị
