Dự án nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều loại vật liệu khác nhau để thu gom nước mưa.

Biến đổi khí hậu, tăng trưởng dân số, xung đột và khủng hoảng nhân đạo đang gây áp lực ngày càng lớn lên nguồn tài nguyên nước trên thế giới. Đó là lý do tại sao các nhà nghiên cứu Na Uy đang tìm hiểu xem liệu máy phát nước từ khí quyển có thể trở thành một phần của giải pháp hay không.

Loại máy tạo nước này chiết xuất hơi ẩm từ không khí bằng vật liệu hút ẩm và chuyển hóa thành nước uống. Nhưng chúng cần phải hoạt động hiệu quả hơn.

“Giải pháp này hoạt động tốt khi không khí ẩm, nhưng mức tiêu thụ năng lượng sẽ rất cao khi độ ẩm dưới 50%. Điều này khiến công nghệ trở nên đắt đỏ và khó sử dụng ở những khu vực khô hạn, nơi nhu cầu lại lớn nhất”, Roberto Mennitto cho biết.

Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là làm cho phương pháp thu gom nước trở nên phù hợp hơn ở những vùng có độ ẩm thấp. Giải pháp này mang lại hy vọng cho một thế giới đang khát nước: WHO và UNICEF ước tính rằng gần hai tỷ người không được tiếp cận với nước uống an toàn. Nhu cầu này đã được nhấn mạnh trong COP30 tại Brazil, nơi tình trạng khan hiếm nước được nêu bật là một trong những thách thức quan trọng nhất của thế giới.

Đã tìm ra giải pháp trong vật liệu polymer

Cộng đồng nghiên cứu tại SINTEF có kinh nghiệm trong việc phát triển và phân tích các chất được gọi là chất hấp phụ. Đây là những vật liệu xốp có khả năng thu giữ, tách hoặc liên kết các chất hóa học khác nhau. Trong dự án kéo dài một năm do SINTEF tài trợ, Mennitto và các đồng nghiệp đã nghiên cứu một số thành phần khác nhau của các nguyên liệu thô với các đặc tính khác nhau.

Thông qua quá trình thử nghiệm và so sánh cẩn thận, họ đã tạo ra một loại vật liệu gốc polymer gồm hai thành phần: một chất đàn hồi mềm – tương tự như silicon hoặc cao su được sử dụng trong nhiều sản phẩm tiêu dùng – và một loại polymer thấm nước tương tự như loại được sử dụng trong tã lót.

Kết quả là một loại vật liệu mới có khả năng thu gom lượng lớn chất lỏng mà vẫn giữ được độ ổn định.

“Chất liệu này có những ‘nam châm’ nhỏ hút các phân tử nước, tương tự như chất liệu được sử dụng trong tã lót cho trẻ sơ sinh,” Mennitto giải thích.

Khi polyme bão hòa nước, nó sẽ nóng lên. Điều này cho phép nước được giải phóng và thu thập trong một bể chứa, sẵn sàng để sử dụng.

 “Hãy tưởng tượng như việc dùng máy sấy tóc để sấy tóc ướt. Luồng khí nóng sẽ hút nước ra khỏi polyme và tạo ra luồng khí bão hòa nước. Khi luồng khí này được đưa vào bể, nước sẽ chuyển thành các giọt và ngưng tụ trong bể,” nhà nghiên cứu cho biết.

Cũng có thể được làm từ sinh khối

Vật liệu polymer này có tính linh hoạt và có thể được tạo hình theo nhiều cách, chẳng hạn như dạng lớp phủ hoặc lớp màng mỏng trên bề mặt. Nó cũng có thể được in 3D. Điều này mang lại nhiều cơ hội hơn để tối ưu hóa thiết kế, từ đó có thể giảm năng lượng cần thiết để vận hành máy phát điện.

Theo nhà nghiên cứu, vật liệu này cũng được làm từ các nguyên liệu thô rẻ tiền và dễ kiếm, và trong tương lai cũng có thể được sản xuất từ ​​sinh khối.

Dự án nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều loại vật liệu khác nhau để thu gom nước mưa. “Chúng tôi nhận thấy loại polymer này hoạt động tốt, đồng thời chi phí sản xuất lại thấp. Chúng tôi đạt được điều này bằng cách sử dụng nguyên liệu thô giá cả phải chăng, quy trình sản xuất chỉ với một vài bước và không sử dụng các dung môi hoặc hóa chất đắt tiền hoặc độc hại”, ông Mennitto cho biết.

Vật liệu mới này cũng rất bền. Nó có thể chịu được nhiều chu kỳ thu gom nước mà không bị mất đi các đặc tính hoặc khả năng hấp thụ nước.

“Các vật liệu tương tự thường được chứng minh là nhanh chóng bị phân hủy trong quá trình sản xuất nước. Trong quá trình thử nghiệm, vật liệu của chúng tôi không cho thấy sự phân hủy nào sau 120 giờ hoạt động ổn định”, ông Mennitto cho biết.

Làm cho giải pháp rẻ hơn

Hiện tại, chi phí thu gom nước mưa bằng vật liệu mới sẽ tương đương với các máy phát nước mưa hiện có trên thị trường. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực giảm chi phí xuống 25%.

Họ dự định thực hiện điều này bằng cách cải tiến các tính năng và mở rộng quy mô sản xuất từ ​​gram lên kilogram.

“Chúng ta cần tăng sản lượng lên quy mô đủ lớn để giải pháp này có giá thành sản xuất phải chăng, đồng thời phát triển một quy trình tiêu chuẩn hóa dễ bảo trì và yêu cầu càng ít sự giám sát của con người càng tốt,” Mennitto nói.

 “Nếu xét đến chi phí nước đóng chai ở những vùng khô hạn và dân cư thưa thớt – hoặc tệ hơn nữa, những nơi nguồn cung cấp nước bị gián đoạn – thì máy phát nước trở thành một giải pháp thay thế rất tốt và an toàn. Điều quan trọng là các máy phát nước phải có khả năng cung cấp nước trong nhiều điều kiện khí quyển khác nhau,” ông nói.

Sự quan tâm từ các công ty khởi nghiệp

Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm kiếm các nguồn tài trợ mới để tiếp tục phát triển giải pháp của họ. Họ cũng có kế hoạch xây dựng một nguyên mẫu để tối ưu hóa và kiểm tra khả năng của vật liệu.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã nhận được phản hồi tích cực và sự quan tâm từ một số công ty khởi nghiệp và nhà tài trợ có thể muốn sử dụng công nghệ này.

“Việc mở rộng quy mô một loại vật liệu mới và phát triển một quy trình mới để thu gom nước mưa là điều cần được giải quyết bằng sự hợp tác giữa các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Chúng tôi phụ thuộc vào việc tập hợp một nhóm các nhà hóa học và kỹ sư để có thể đưa công nghệ này ra thị trường,” ông Mennitto kết luận.