Thiết bị lọc nước quang năng này có thể xử lý nước có nồng độ muối hơn 10% từ các máy lọc thẩm thấu ngược, hay thậm chí là nước lấy trực tiếp từ Biển Đỏ, với năng suất gấp đôi các loại máy khử mặn quang năng hiện có.
Phương tiện khử mặn nước biển vận hành bằng quang năng có thể là giải pháp đơn giản cho những tình huống nguy cấp ngoài khơi - Ảnh: Anastasia Serin/KAUST
Lấy cảm hứng từ thiết bị lọc chạy bằng quang năng trong phim “The Life of Pi”, Giáo sư Qiaoqiang Gan từ Trường Đại học Khoa học - Công nghệ Vua Abdullah (KAUST) đã phát triển nhiều hệ thống cách ly nhiệt bằng vật liệu nano giúp đẩy nhanh quá trình hóa hơi từ nước lợ thành hơi nước thuần chất. GS. Gan thành lập Sunny Clean Water năm 2016 và sản xuất nhiều thiết bị có thể lọc 10-20 lít nước sạch/ngày.
Năm 2021, GS. Gan hợp tác với giáo sư Yu Han và nhà nghiên cứu Kaijie Yang tại KAUST, thử nghiệm các bề mặt kỵ nước hay nguyên lý đối lưu chất lỏng nhằm giảm tích tụ muối khoáng, tăng hiệu quả khử mặn.
Thiết bị bay hơi mới của nhóm nghiên cứu là một khối lập phương có cạnh chỉ vài cm, bên trong là hệ thống các màng sợi thuỷ tinh thường dùng để lọc nước. Mặt trên cùng của khối vuông là màng lọc bọc các ống nano carbon có tác dụng hấp thụ ánh sáng. Bên dưới là các màng lọc song song đặt dọc nhau, đóng vai trò “cầu dẫn nước” tách phần nước nguyên chất khỏi phần nước biển bên ngoài.
GS. Gan thừa nhận sản phẩm của mình vẫn còn nhiều hạn chế: “Qua thời gian, muối sẽ tích tụ trên vật liệu quang năng - lớp muối này phản xạ ánh sáng, làm giảm hiệu suất thiết bị lọc.”
Là người đóng góp ý tưởng cho thiết kế độc đáo này, Yang giải thích các “cầu dẫn nước” bao gồm nhiều vi ống háo nước có khả năng hút nước biển lên lớp vật liệu quang trên cùng để cho lớp này hóa nước thành hơi. Khi muối tích tụ ở mặt trên đạt đến mức nhất định, các vi ống sẽ nhả nước về biển nhờ hiện tượng mao dẫn ở hai môi trường chênh lệch nồng độ.
Các cầu dẫn được đặt cao, cho phép nhiệt sinh ra từ dòng hồi lưu muối đi được vào buồng lọc quang năng, tăng hiệu suất bay hơi. Yang giải thích: “Tuy các thiết bị bay hơi khác có tính khử mặn cao, lượng nhiệt tích tụ từ hiện tượng hồi lưu bị thất thoát nhiều, ảnh hưởng đến hiệu suất hóa hơi. Thiết bị của chúng tôi cân bằng được lượng muối khử khỏi nước và lượng hơi nước thu được.”
Các thí nghiệm trong phòng lab lẫn ngoài trạm lọc nước cho thấy thiết bị lọc quang năng có thể đáp ứng đủ nước cho hai người lớn mỗi ngày. Giá nguyên liệu sản xuất cho mỗi mét vuông chỉ tốn khoảng 50 USD.
GS. Han nhận định: “Chúng tôi có thể ghép các khối vuông với nhau, tạo thành thiết bị lớn hơn. Vì hệ thống lọc này có thể vận hành lâu dài mà không cần bảo trì nhiều, chúng tôi đang chuẩn bị đưa nó vào sản xuất đại trà.”
Huỳnh Trọng Nhân
(Lược dịch)