Đối với phần lớn thế giới đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nước, một tia hy vọng có thể xuất hiện: khả năng dễ dàng biến không khí nóng thành nước uống. Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas ở Austin đã tập trung vào độ ẩm trong không khí như một nguồn nước uống tiềm năng cho người dân ở những vùng bị hạn hán. Trong nghiên cứu mới được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, họ đã đạt được bước đột phá lớn trong nỗ lực tạo ra nước uống từ không khí loãng: hydrogel được thiết kế phân tử có thể tạo ra nước sạch chỉ bằng năng lượng của ánh sáng mặt trời.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas đã tạo ra một loại hydrogel sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra nước uống được từ không khí. Công nghệ này tạo ra các microgel hiệu quả cao có khả năng cung cấp giải pháp di động, kinh tế cho tình trạng thiếu nước toàn cầu. Hình trên cho thấy một mẫu nước được thu thập bằng gel. Nguồn: Đại học Texas ở Austin
Sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất nước
Các nhà nghiên cứu đã có thể sử dụng năng lượng mặt trời để tách nước từ khí quyển và làm cho nước có thể uống được ở nhiệt độ thấp tới 40 độ C, trùng với thời tiết mùa hè ở Texas và các khu vực khác của thế giới. Điều này có nghĩa là, một ngày nào đó, người dân ở những nơi có nhiệt độ quá cao và ít được tiếp cận với nước sạch có thể chỉ cần đặt một thiết bị bên ngoài và thiết bị sẽ tạo ra nước cho họ mà không cần tốn nhiều công sức.
"Với hydrogel mới, chúng tôi không chỉ kéo nước ra khỏi không khí loãng. Chúng tôi làm việc đó rất nhanh và không sử dụng nhiều năng lượng", Guihua Yu, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Khoa Kỹ thuật Cơ khí Walker của Trường Kỹ thuật Cockrell và Viện Nghiên cứu Vật liệu Texas, cho biết. "Điều thực sự hấp dẫn về hydrogel của chúng tôi là cách nó giải phóng nước. Hãy nghĩ đến một mùa hè nóng nực ở Texas - chúng tôi có thể tận dụng sự thay đổi nhiệt độ tự nhiên mà không cần bật lò sưởi."
Tùy thuộc vào điều kiện độ ẩm, thiết bị có thể tạo ra 3,5 đến 7 kg nước cho mỗi kg vật liệu gel.
Một đặc điểm quan trọng của nghiên cứu này là hydrogel có thể thích ứng với các hạt cực nhỏ gọi là "microgel". Những microgel này có thể tăng tốc độ và hiệu quả, đưa những thiết bị như vậy đến gần hơn với thực tế. Bằng cách chuyển đổi hydrogel thành các hạt nhỏ, có thể đạt được khả năng thu và giải phóng nước cực nhanh. Điều này cung cấp một chất hấp phụ mới, hiệu quả cao, có thể tăng đáng kể lượng nước sản xuất qua nhiều chu kỳ mỗi ngày.
Các nhà nghiên cứu đang thực hiện nhiều cải tiến hơn cho công nghệ với hy vọng biến nó thành sản phẩm thương mại. Một lĩnh vực trọng tâm là tối ưu hóa thiết kế kỹ thuật của microgel để tăng thêm hiệu quả.
Mở rộng quy mô là bước quan trọng tiếp theo. Các nhà nghiên cứu mong muốn biến những phát hiện của họ thành một giải pháp thực tế, có thể mở rộng, có thể được sử dụng trên toàn cầu như một phương pháp sản xuất nước uống sạch, chi phí thấp, di động. Điều này có thể thay đổi cuộc sống ở các quốc gia như Ethiopia, nơi gần 60% dân số không được tiếp cận với nước uống sạch cơ bản. Zhao Yaxuan, một nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm
, cho biết: "Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi trong việc phát triển thiết bị này là cung cấp thiết bị này cho người dân trên khắp thế giới, những người cần tiếp cận nhanh chóng và liên tục nguồn nước uống sạch, đặc biệt là ở những khu vực khô cằn."
Nhóm đang nghiên cứu các phiên bản khác của thiết bị được làm từ vật liệu hữu cơ, giúp sản xuất hàng loạt rẻ hơn. Trong quá trình chuyển đổi sang các thiết kế khả thi hơn về mặt thương mại, cũng có những thách thức trong việc mở rộng quy mô sản xuất chất hút ẩm và duy trì độ bền trong suốt vòng đời của sản phẩm. Trọng tâm của nghiên cứu cũng bao gồm cách làm cho thiết bị có tính di động và phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau.
Dự án này được tài trợ bởi Giải thưởng Norman Hackman của Quỹ Welch về Nghiên cứu Hóa học và Giải thưởng Giáo viên-Học giả Camille Dreyfus.