Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich đã phát triển một thiết bị ngưng tụ cho các quốc gia thiếu nước. Của họ là giải pháp không năng lượng đầu tiên để thu hoạch nước từ khí quyển trong suốt chu kỳ hàng ngày 24 giờ. Nó dựa trên một bề mặt tự làm mát và một tấm chắn bức xạ đặc biệt. Thiết bị mới có thiết kế bên ngoài bao gồm một tấm kính được tráng phủ đặc biệt, vừa phản xạ bức xạ mặt trời đồng thời vừa có thể tỏa nhiệt của chính nó xuyên qua qua bầu khí quyển ra không gian bên ngoài.
Do đó, nó tự hạ nhiệt xuống tới 15 độ C so với nhiệt độ môi trường xung quanh. Ở mặt dưới của ngăn này thì hơi nước từ không khí sẽ ngưng tụ thành nước. Quá trình này cũng giống như có thể được quan sát thấy trên các cửa có sự sổ cách nhiệt kém vào mùa đông. Cùng chúng tôi tìm hiểu kỹ hơn về thiết bị ngưng tụ này qua bài viết hôm nay nhé.
Chế tạo thiết bị ngưng tụ thu thập nước
Nước ngọt là tài nguyên hiếm ở nhiều khu vực trên thế giới. Nhu cầu thiết yếu của con người đã hối thúc các bộ óc sáng tạo. Tìm ra những cách chiết xuất nước từ mọi nơi có thể. Chúng ta đang sở hữu quy trình tách muối khỏi nước biển. Thu thập nước từ sương sớm nhưng hầu hết chúng đều có điểm yếu lớn.
Nhà máy lọc nước biển cần nhiều năng lượng. Một số hệ thống thu nước bị động phụ thuộc vào mức chênh lệch nhiệt độ. Giữa hai buổi sáng tối, còn lưới thu sương lại chỉ hoạt động về đêm. Khi đi tìm nước tại những khu vực khô nóng quanh năm. Nằm sâu trong đất liền, chúng ta vẫn còn độ ẩm ẩm sẵn có trong không khí để cân nhắc.
Các nhà nghiên cứu tại đại học Viện Công nghệ Liên bang Zurich (ETH Zurich). Vừa phát triển thành công công nghệ cho phép họ thu thập nước suốt 24 giờ. Trong ngày mà không cần năng lượng đầu vào. Thậm chí hệ thống còn hoạt động được dưới ánh nắng gắt. Về cơ bản, thiết bị mới chỉ bao gồm một tấm phản chiếu.Được phủ một lớp sơn đặc biệt, có thể vừa phản được bức xạ mặt trời. Lại vừa phản được nhiệt lượng nó nhận được ra ngoài không gian. Báo cáo khoa học đã được đăng tải trên ScienceMag.
Cơ chế hoạt động của thiết bị ngưng tụ này
Khả năng cho phép thiết bị tự làm giảm thân nhiệt xuống thấp hơn nhiệt độ xung quanh. Tối đa khoảng 15 độ C. Ở khoang dưới, thiết bị chuyển hơi ẩm trong không khí thành nước. Hiện tượng vật lý này cũng xuất hiện tại những ô cửa sổ hở trong ngày đông giá rét.
Một yếu tố quan trọng khác của thiết bị là một tấm chắn bức xạ hình nón mới lạ. Nó làm chệch hướng phần lớn bức xạ nhiệt từ khí quyển. Và bảo vệ tấm ngăn khỏi bức xạ mặt trời tới. Đồng thời cho phép thiết bị tỏa nhiệt đã nói ở trên ra bên ngoài. Và do đó tự làm mát hoàn toàn thụ động.
Các nhà khoa học phủ lên nón chắn bức xạ một tổ hợp polymer và bạc. Khiến bề mặt thiết bị phản lại bức xạ cực tím tại một bước sóng nhất định. Cho phép nó bắn thẳng bức xạ ra không gian lạnh lẽo. Không để bầu khí quyển hấp thụ. Nón chắn bức xạ còn có tác dụng phản lại bức xạ nhiệt, ngăn phần còn lại của thiết bị khỏi nóng lên. Đồng thời cho phép thiết bị tỏa nhiệt. Quá trình tản nhiệt này tự diễn ra, không cần sự can thiệp của thiết bị phụ trợ hay người vận hành.
Sản lượng nước thu được khi dùng thiết bị ngưng tụ
Khi thử nghiệm thiết bị dưới điều kiện thực tế. Trên một tòa nhà thuộc hệ thống Viện công nghệ. Công nghệ mới cho ra sản lượng gấp ít nhất hai lần với thiết bị thu thập nước bị động tốt nhất hiện tại. Hệ thống thử nghiệm với tấm cô đọng nước đường kính 10 cm hấp thụ được 4,6 mililit từ không khí. Sản lượng sẽ tăng tỷ lệ thuận với kích thước tấm cô đọng. Theo thử nghiệm, dưới điều kiện lý tưởng, một tấm cô đọng rộng một mét vuông có thể thu thập được 0,53 đêxilít – 0,053 lít nước trong một giờ.
“Con số này là gần với công suất cô đọng tối đa trên giả thuyết là 0,6 đêxitlit/giờ, các quy luật vật lý hiện tại không cho phép số cao hơn thế”, Iwan Hächler nhận định. Anh là một sinh viên lấy bằng cử nhân đang làm việc trong nhóm của giáo sư Dimos Poilikakos – chuyên gia nhiệt động lực học của ETH Zurich.
Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu
Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là phát triển một hệ thống lấy nước từ không khí cho những nước đang phát triển và những khu vực thiếu nước sinh hoạt. Nhưng họ đã làm nhiều hơn thế với đột phá mới. Theo nhận định của nhóm nghiên cứu, các chuyên gia khác có thể kết hợp công nghệ này với những cách thu thập nước sẵn có, chẳng hạn như quá trình khử muối, để tăng năng suất.
Những công nghệ khác cần thiết bị lấy nước từ bề mặt, đồng nghĩa với việc sử dụng năng lượng để thu thập nước để tránh nước bốc hơi. Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich bỏ qua được bước này nhờ phủ lên mặt dưới của tấm cô đọng nước một lớp chất kị nước, khiến nước đóng giọt trên bề mặt và tự trôi đi.
Quy trình sản xuất tấm cô đọng nước đơn giản, và việc lắp đặt hệ thống thu nước với quy mô lớn cũng khả thi. Tương tự như cách các tấm pin năng lượng mặt trời nằm san sát, ta cũng có thể thành lập những trang trại thu nước từ không khí, nhằm giải quyết vấn đề thiết yếu của sự sống.
