Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra thiết bị năng lượng mặt trời nổi có thể chuyển đổi nước hoặc nước biển bị ô nhiễm thành nhiên liệu hydro sạch và nước uống. Bởi vì thiết bị hoạt động với bất kỳ nguồn nước mở nào và không cần nguồn điện bên ngoài nên nó có thể được sử dụng ở những khu vực có nguồn tài nguyên hạn chế hoặc vùng sâu vùng xa.
Các nhà nghiên cứu tạo ra thiết bị năng lượng mặt trời biến nước bẩn thành hydro sạch và nước tinh khiết Ảnh /ChanonPornrungroj/ Đại học Cambridge
Công nghệ tách nước xúc tác quang có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành hydro có thể lưu trữ, nhưng thường cần nước tinh khiết và đất để lắp đặt thiết bị, đồng thời cũng tạo ra nhiệt thải cái đó không dùng được Vì nước là nguồn tài nguyên quý giá nên các thiết bị xúc tác quang sử dụng bất kỳ nguồn nước chưa qua xử lý nào, chẳng hạn như sông, đại dương, hồ chứa hoặc nước thải công nghiệp, sẽ là một lựa chọn bền vững hơn.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp để tạo ra một thiết bị năng lượng mặt trời có khả năng sản xuất đồng thời nhiên liệu hydro sạch và nước uống sạch từ nước hoặc nước biển bị ô nhiễm.
Chanon Pornrungroj, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: "Việc kết hợp sản xuất nhiên liệu mặt trời và sản xuất nước trong một thiết bị duy nhất là rất khó. Việc tách nước bằng năng lượng mặt trời (trong đó các phân tử nước được tách thành hydro và oxy) cần phải bắt đầu bằng nước hoàn toàn tinh khiết, bởi vì bất kỳ chất gây ô nhiễm nào cũng có thể gây độc cho chất xúc tác hoặc gây ra phản ứng phụ hóa học không mong muốn."
Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ làm được điều đó. bắt chước khả năng quang hợp của thực vật, nhưng không giống như các thiết bị trước đây sử dụng nguồn nước sạch để sản xuất nhiên liệu hydro xanh, họ muốn thiết bị của mình có thể sử dụng nước bị ô nhiễm, giúp thiết bị có thể sử dụng được ở những khu vực khó tìm được nước sạch.
Đồng tác giả nghiên cứu Ariffin Mohamad Annuar cho biết: "Ở những vùng sâu vùng xa hoặc đang phát triển, nước sạch tương đối khan hiếm và cơ sở hạ tầng cần thiết cho nước tinh khiết không dễ có nên việc tách nước là vô cùng khó khăn. Một thiết bị có thể hoạt động với nước bị ô nhiễm có thể giải quyết cùng lúc hai vấn đề: nó có thể tách nước để tạo ra nhiên liệu sạch và cũng có thể tạo ra nước uống sạch."
Họ lắng đọng chất xúc tác quang hấp thụ tia cực tím lên lưới carbon cấu trúc nano hấp thụ tia hồng ngoại, lưới này hấp thụ cả ánh sáng và nhiệt tốt, từ đó tạo ra hơi nước mà chất xúc tác quang sử dụng để tạo ra hydro. Lưới carbon xốp được xử lý chống thấm nước giúp chất xúc tác quang nổi và giữ nó cách xa mặt nước bên dưới, ngăn chặn các chất gây ô nhiễm cản trở chức năng của nó. Ngoài ra, cấu trúc này còn cho phép thiết bị khai thác được nhiều năng lượng mặt trời hơn.
Anouar cho biết: "Chế tạo năng lượng mặt trời Quá trình điều khiển ánh sáng của nhiên liệu chỉ sử dụng một phần nhỏ quang phổ mặt trời, để lại một lượng lớn quang phổ chưa được sử dụng" Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một lớp hấp thụ tia cực tím màu trắng phía trên thiết bị nổi để tạo ra hydro bằng cách tách nước. Ánh sáng còn lại trong quang phổ mặt trời được truyền tới đế thiết bị, làm bay hơi nước. Các nhà nghiên cứu cho biết điều này mô phỏng gần hơn sự thoát hơi nước của thực vật, quá trình nước di chuyển qua cơ thể thực vật và bốc hơi từ các bộ phận trên không như lá, thân và hoa.
Pornrungroj cho biết: "Bằng cách này, chúng tôi có thể tận dụng ánh sáng tốt hơn - chúng tôi thu được hơi nước để sản xuất hydro và phần còn lại là hơi nước. Chúng tôi thực sự đang mô phỏng một chiếc lá thật vì giờ đây chúng tôi đã có thể kết hợp quá trình thoát hơi nước vào nó."
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị của họ bằng cách sử dụng các nguồn nước mở trong thế giới thực, bao gồm nước từ sông Cam ở trung tâm Cambridge và nước thải công nghiệp đục từ ngành công nghiệp giấy. Trong nước biển nhân tạo, thiết bị duy trì được 80% hiệu suất ban đầu sau 154 giờ. Các nhà nghiên cứu cho biết, do chất xúc tác quang được tách ra khỏi các chất gây ô nhiễm trong nguồn nước và vẫn tương đối khô nên thiết bị vẫn duy trì được sự ổn định trong hoạt động. Nó có khả năng chịu đựng chất gây ô nhiễm cao và thiết kế nổi cho phép đế hoạt động trong nước rất đục hoặc bùn, vì vậy đây là một hệ thống rất linh hoạt.
Các nhà nghiên cứu tin rằng thiết bị của họ có tiềm năng giải quyết các vấn đề về tính bền vững và nền kinh tế tuần hoàn.
Erwin Reisner, tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Thiết bị của chúng tôi vẫn chỉ là một bằng chứng về nguyên tắc, nhưng chúng tôi cần điều này nếu muốn phát triển một nền kinh tế tuần hoàn thực sự và một tương lai bền vững. Những giải pháp này. Khủng hoảng khí hậu có liên quan chặt chẽ đến các vấn đề ô nhiễm và sức khỏe, đồng thời việc phát triển một phương pháp giúp giải quyết cả hai vấn đề này sẽ thay đổi số phận của nhiều người." con người."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Water.