Mai Nhung
Writer
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) danh tiếng đã phát triển một loại vật liệu mới có dạng màng bong bóng, có khả năng thu hoạch nước từ không khí ngay cả ở những nơi khô cằn nhất trên Trái Đất. Phát minh này không cần nguồn điện và hứa hẹn sẽ là một giải pháp bền vững cho vấn đề thiếu nước uống nghiêm trọng trên toàn cầu.
Trong bối cảnh ấm lên toàn cầu, bầu khí quyển Trái Đất đang tích trữ nhiều nước hơn, nhưng việc thu thập nguồn nước này, đặc biệt ở các vùng khô hạn, là một thách thức cực kỳ lớn. Các thiết bị thu hoạch nước từ không khí (AWH) trước đây thường có tốc độ sản xuất rất thấp và dễ bị nhiễm khuẩn do vật liệu sử dụng.
Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư tại MIT đã phát triển một giải pháp đột phá. Trong một thử nghiệm thực tế tại Thung lũng Chết, California – một trong những nơi khô hạn nhất trên hành tinh – thiết bị của họ đã thu được hơn 50 ml nước uống mỗi ngày. Kết quả nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí uy tín Nature Water.
"Phương pháp này đại diện cho một bước tiến hướng tới giải pháp thu hoạch nước thực tế, có thể mở rộng, an toàn và bền vững cho những khu vực khan hiếm nước nhất," kỹ sư cơ khí Chang Liu, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết.
Bí mật của công nghệ này nằm ở một loại hydrogel đặc biệt. Hydrogel này được làm từ cồn polyvinyl (PVA), lithium chloride (một loại muối có khả năng hút nước mạnh), glycerol và một ít mực đen.
Để tối đa hóa khả năng thu nước, nhóm nghiên cứu đã đúc hydrogel thành hình dạng một tấm màng bong bóng, giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí. Họ cũng đã thiết kế cấu trúc vi mô của vật liệu sao cho nó không có các lỗ đủ lớn để muối lithium chloride có thể thoát ra ngoài, trong khi glycerol có tác dụng giữ muối ở lại bên trong gel.
Quá trình thu hoạch nước diễn ra theo một chu trình ngày và đêm tự nhiên. Vào ban đêm, khi độ ẩm không khí tăng lên, tấm gel sẽ hấp thụ các phân tử nước. Toàn bộ tấm gel được kẹp giữa những tấm kính, với một lớp màng polymer bên ngoài giúp làm mát. Vào ban ngày, khi nhiệt độ tăng lên, nước bị giữ trong gel sẽ ấm lên, bay hơi và sau đó ngưng tụ lại trên bề mặt kính mát hơn ở phía trên. Nhờ trọng lực và một hệ thống kênh dẫn được thiết kế sẵn, những giọt nước tinh khiết này sẽ được thu thập lại.
Đây không chỉ là một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh được tính khả thi và tiềm năng mở rộng của công nghệ. "Mọi người có thể xây dựng hệ thống với quy mô lớn hơn, hoặc dựng các tấm song song để cung cấp nước uống cho người dân và thu được tác động thực sự," kỹ sư Xuanhe Zhao, một thành viên khác của nhóm, chia sẻ.
Phát minh này không chỉ mang lại hy vọng về một nguồn cung cấp nước uống an toàn cho các cộng đồng ở vùng khô cằn. Nó còn cho thấy sức mạnh của khoa học vật liệu trong việc tìm ra những giải pháp sáng tạo và bền vững cho các thách thức lớn nhất mà nhân loại đang phải đối mặt, từ biến đổi khí hậu đến an ninh nguồn nước. Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục làm việc với thế hệ vật liệu tiếp theo để cải thiện hơn nữa hiệu suất và độ bền của sản phẩm.
Thu hoạch nước từ không khí khô cằn
Trong bối cảnh ấm lên toàn cầu, bầu khí quyển Trái Đất đang tích trữ nhiều nước hơn, nhưng việc thu thập nguồn nước này, đặc biệt ở các vùng khô hạn, là một thách thức cực kỳ lớn. Các thiết bị thu hoạch nước từ không khí (AWH) trước đây thường có tốc độ sản xuất rất thấp và dễ bị nhiễm khuẩn do vật liệu sử dụng.
Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư tại MIT đã phát triển một giải pháp đột phá. Trong một thử nghiệm thực tế tại Thung lũng Chết, California – một trong những nơi khô hạn nhất trên hành tinh – thiết bị của họ đã thu được hơn 50 ml nước uống mỗi ngày. Kết quả nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí uy tín Nature Water.
"Phương pháp này đại diện cho một bước tiến hướng tới giải pháp thu hoạch nước thực tế, có thể mở rộng, an toàn và bền vững cho những khu vực khan hiếm nước nhất," kỹ sư cơ khí Chang Liu, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết.
Hydrogel và thiết kế "màng bong bóng" thông minh
Bí mật của công nghệ này nằm ở một loại hydrogel đặc biệt. Hydrogel này được làm từ cồn polyvinyl (PVA), lithium chloride (một loại muối có khả năng hút nước mạnh), glycerol và một ít mực đen.
Để tối đa hóa khả năng thu nước, nhóm nghiên cứu đã đúc hydrogel thành hình dạng một tấm màng bong bóng, giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí. Họ cũng đã thiết kế cấu trúc vi mô của vật liệu sao cho nó không có các lỗ đủ lớn để muối lithium chloride có thể thoát ra ngoài, trong khi glycerol có tác dụng giữ muối ở lại bên trong gel.
Quá trình thu hoạch nước diễn ra theo một chu trình ngày và đêm tự nhiên. Vào ban đêm, khi độ ẩm không khí tăng lên, tấm gel sẽ hấp thụ các phân tử nước. Toàn bộ tấm gel được kẹp giữa những tấm kính, với một lớp màng polymer bên ngoài giúp làm mát. Vào ban ngày, khi nhiệt độ tăng lên, nước bị giữ trong gel sẽ ấm lên, bay hơi và sau đó ngưng tụ lại trên bề mặt kính mát hơn ở phía trên. Nhờ trọng lực và một hệ thống kênh dẫn được thiết kế sẵn, những giọt nước tinh khiết này sẽ được thu thập lại.
Tiềm năng cho tương lai bền vững
Đây không chỉ là một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh được tính khả thi và tiềm năng mở rộng của công nghệ. "Mọi người có thể xây dựng hệ thống với quy mô lớn hơn, hoặc dựng các tấm song song để cung cấp nước uống cho người dân và thu được tác động thực sự," kỹ sư Xuanhe Zhao, một thành viên khác của nhóm, chia sẻ.
Phát minh này không chỉ mang lại hy vọng về một nguồn cung cấp nước uống an toàn cho các cộng đồng ở vùng khô cằn. Nó còn cho thấy sức mạnh của khoa học vật liệu trong việc tìm ra những giải pháp sáng tạo và bền vững cho các thách thức lớn nhất mà nhân loại đang phải đối mặt, từ biến đổi khí hậu đến an ninh nguồn nước. Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục làm việc với thế hệ vật liệu tiếp theo để cải thiện hơn nữa hiệu suất và độ bền của sản phẩm.
