Khử mặn bằng năng lượng mặt trời

Hệ thống khử mặn bằng năng lượng mặt trời do các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Mỹ và Trung Quốc phát triển, có thể cung cấp hơn 1,5 gallon nước uống mỗi giờ trên mỗi mét vuông diện tích thu năng lượng mặt trời. Hệ thống này có khả năng cung cấp nguồn nước hiệu quả, chi phí thấp, phục vụ các khu vực ven biển khô cằn.

Hệ thống gồm nhiều lớp thiết bị bay hơi và ngưng tụ năng lượng mặt trời phẳng, được xếp thành một hàng dọc và một lớp cách nhiệt trong suốt trên cùng. Yếu tố chính đem lại hiệu quả của hệ thống này là phân kỳ từng giai đoạn để khử muối trong nước. Ở mỗi giai đoạn, nhiệt thoát ra từ giai đoạn trước được tận dụng thay vì để lãng phí. Bằng cách này, thiết bị có thể đạt được hiệu quả tới 385% trong việc chuyển đổi năng lượng của ánh sáng mặt trời thành năng lượng để bốc hơi nước.

Hệ thống sử dụng các tấm phẳng để hấp thụ nhiệt và sau đó truyền nhiệt sang một lớp nước để nước bắt đầu bay hơi và ngưng tụ trên tấm tiếp theo. Nước được thu thập trong khi nhiệt từ ngưng tụ hơi được truyền sang lớp tiếp theo nữa.

Khi hơi ngưng tụ trên một bề mặt, nó sẽ giải phóng nhiệt. Trong các hệ thống ngưng tụ thông thường, nhiệt bị phát tán ra môi trường nhưng với hệ thống đa lớp này, dòng nhiệt được giải phóng đến lớp bay hơi tiếp theo, “tái chế” và tăng hiệu quả. “Khi ngưng tụ nước, bạn giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt”, Wang – một tác giả công trình, nói. “Qua nhiều giai đoạn, bạn có thể tận dụng được nhiệt đó”. 

Thông thường hệ thống gồm nhiều lớp làm tăng hiệu quả chuyển đổi năng lượng chưng cất nước nhưng mỗi lớp cũng tăng thêm chi phí và kích thước cho hệ thống. Nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn hệ thống gồm 10 lớp, được thử nghiệm trên tầng thượng tòa nhà MIT. Hệ thống này cung cấp nước tinh khiết hơn cả tiêu chuẩn nước uống của thành phố, với tỷ lệ 5,78l/m2 (khoảng 1,52 gallon mỗi 11 feet vuông), cao gấp hai lần kỷ lục tách nước bằng thiết bị cũ, Wang nói.

Không giống như một số hệ thống khử muối khác, hệ thống này không có sự tích tụ muối hoặc nước mặn cần phải xử lý sau khi chưng cất nước. Một ưu điểm khác của hệ thống là được chế tạo chủ yếu từ các vật liệu giá rẻ và có sẵn như tấm hấp thụ năng lượng mặt trời màu đen hay khăn giấy làm bước dẫn để đưa nước tiếp xúc với tấm hấp thụ năng lượng mặt trời. Trong hầu hết những hệ thống khử mặn thụ động bằng năng lượng mặt trời, vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời và vật liệu thấm hút đều là các vật liệu chuyên dụng và đắt tiền. 

Thành phần đắt nhất của nguyên mẫu là một lớp aerogel, một dạng vật liệu rắn siêu nhẹ, trong suốt, được sử dụng làm chất cách điện. Tuy nhiên nhóm nghiên cứu cho biết các chất cách điện rẻ hơn có thể được sử dụng thay thế.

Wang nhấn mạnh, đóng góp quan trọng của nhóm là tạo nền tảng tối ưu hóa các hệ thống thụ động khử mặn đa tầng có thể áp dụng với nhiều loại vật liệu và điều kiện địa hình. Ví dụ như hệ thống có thể có cấu hình như những tấm nổi để khử mặn cho một ao nước. Khi đó, hệ thống có thể liên tục cung cấp nước ngọt theo đường ống vào bờ, chỉ cần 1 điều kiện duy nhất là mặt trời luôn chiếu sáng. Hay để phục vụ cho một hộ gia đình, hệ thống có thể cấu hình như những tấm nổi phù hợp với một bể nước. Nhóm nghiên cứu ước tính, 1m2 diện tích thu năng lượng mặt trời có thể cung cấp đủ nước ngọt cho 1 người trong 1 ngày. 

Phương Thảo (Theo https://www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200207124456.htm)