Một nghiên cứu vừa được công bố đã giới thiệu công nghệ có khả năng biến hơi nước trong khí quyển thành nguồn nước với tốc độ nhanh trong các khu vực khí hậu khô cằn, giải quyết vấn đề khan hiếm nước ở các vùng chịu hạn hán thường xuyên.
Ý tưởng biến không khí xung quanh thành nước uống vốn là một điều lạ lùng (a marvel). Việc thu được lượng nước ổn định từ môi trường có độ ẩm thấp từ lâu đã gần giống khoa học viễn tưởng hơn là thực tế.
Khi tình trạng siêu hạn hán (megadrought) đang gây căng thẳng cho nguồn cung cấp nước ở khắp Tây Nam Hoa Kỳ, một nghiên cứu mang tính cách mạng từ Đại học Nevada, Las Vegas đã giải quyết vấn đề này với một công nghệ đột phá, có thể thu được lượng lớn nước từ không khí trong môi trường có độ ẩm thấp.
Nghiên cứu này vừa được công bố ngày 22-10 trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Giáo sư kỹ thuật cơ khí H. Jeremy Cho của đại học này dẫn đầu nhóm nghiên cứu với cách tiếp cận hoàn toàn mới trong việc thu nước khí quyển (atmospheric water harvesting), tức là biến hơi nước trong không khí xung quanh thành dạng nước có thể sử dụng.
Các phương pháp thu nước khí quyển hiện tại có hiệu suất thấp và giảm dần khi độ ẩm dưới 30%.
“Bài báo này thực sự khẳng định rằng chúng ta có thể thu nước với tốc độ rất nhanh,” ông Cho cho biết. “Chúng ta có thể tính toán kích thước của hệ thống cần thiết để sản xuất một lượng nước cụ thể. Chỉ cần có một mét vuông, chúng ta có thể tạo ra khoảng một gallon (gần 3,8 lít) nước mỗi ngày ở Las Vegas, và tăng lên đến ba lần ở môi trường ẩm hơn.”
Công nghệ và phương pháp này đã được thử nghiệm ngoài trời tại Las Vegas và thậm chí vẫn hoạt động hiệu quả khi độ ẩm xuống thấp đến 10%. Nó thu trực tiếp nước trong dung dịch muối lỏng phù hợp cho quá trình tiếp theo chuyển thành nước uống hoặc sản xuất năng lượng, mang đến khả năng mới cho các khu vực khô cằn.
Thành phần quan trọng trong quy trình này là một màng hydrogel giống như “da”. Vật liệu này lấy cảm hứng từ tự nhiên — đặc biệt là loài ếch cây và cây không khí (tree frogs and air plants), sử dụng kỹ thuật tương tự để vận chuyển nước từ không khí xung quanh thành dạng lỏng để lưu trữ bên trong.
“Chúng tôi đã lấy ý tưởng sinh học đó và thử làm theo cách riêng của mình,” ông nói. “Có rất nhiều điều thú vị diễn ra trong tự nhiên — bạn chỉ cần quan sát, học hỏi và lấy cảm hứng.”
Ngoài ra, nghiên cứu còn cho thấy rằng việc thu nước khí quyển có thể được thực hiện bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời. Nhờ ánh nắng thường xuyên ở những nơi như Thung lũng Las Vegas — với trung bình 300 ngày nắng mỗi năm — ánh nắng có thể cung cấp đủ năng lượng để giảm chi phí lý thuyết và thực tế cho việc tạo nước.
“Tài nguyên nước của chúng ta đang cạn kiệt và khí hậu trên hành tinh chúng ta đang thay đổi,” ông Cho nói. “Để đạt được sự bền vững, chúng ta phải thay đổi thói quen. Ý tưởng này từng giống khoa học viễn tưởng, nhưng điều này là khả thi, và chúng tôi thực sự đang làm điều đó.”
Nghiên cứu hiện đang được áp dụng thực tế dưới hình thức công ty WAVR Technologies, Inc. Ông Cho là đồng sáng lập công ty khởi nghiệp này của Đại học Nevada, sản xuất các thiết bị có khả năng thu hơi nước từ không khí xung quanh cho mục đích thương mại và cá nhân.
WAVR là doanh nghiệp spin-off (loại doanh nghiệp hình thành từ việc áp dụng các kết quả nghiên cứu khoa học công nghệ được tạo ra ở viện nghiên cứu) đầu tiên của trường đại học từ chương trình NSF Regional Innovation Engines của Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, nhắm đến việc đưa ra thị trường các công nghệ giải quyết các vấn đề về bền vững và khí hậu.
Giáo sư kỹ thuật cơ khí H. Jeremy Cho của Đại học Nevada, Las Vegas
Công nghệ và phương pháp thu nước là một màng hydrogel giống như “da”
Hồ Mead, hồ chứa lớn nhất tại Hoa Kỳ, cung cấp nước cho gần 25 triệu người, ba tiểu bang và hai quốc gia. Gần đây, hồ đã đạt tới một cột mốc đáng lo ngại: Mực nước hồ lần đầu tiên xuống dưới 30% công suất trong suốt 86 năm tồn tại, buộc Cục Tái tạo phải tuyên bố tình trạng thiếu nước loại 1.
