Nước láng giềng của Việt Nam biến nước biển thành thứ cả thế giới cần đến, giá rẻ không tưởng

Hiện nay, tình trạng khan hiếm nước ngọt đang đe dọa cuộc sống của hơn một phần ba dân số thế giới. Dù nước biển chiếm đến 97% lượng nước trên Trái Đất, việc biến nguồn tài nguyên vô tận này thành nước ăn uống sinh hoạt lại vô cùng gian nan. Các nhà máy khử mặn hiện đại chủ yếu dựa vào công nghệ đảo thẩm thấu - phương pháp bắt buộc phải tiêu thụ một lượng điện năng khổng lồ để ép nước biển qua các màng lọc chuyên dụng.

Chính yêu cầu ngặt nghèo về năng lượng này đã biến khử mặn nước biển trở thành "đặc quyền" của các quốc gia giàu có, đặc biệt là vùng Vịnh - nơi đang chiếm khoảng 40% sản lượng nước khử mặn toàn cầu nhờ nguồn dầu mỏ và tài chính dồi dào. Đối với các vùng đảo nghèo, vùng sâu vùng xa hoặc các cộng đồng ven biển thiếu thốn hạ tầng, công nghệ này hoàn toàn nằm ngoài tầm với.

Trước bối cảnh đó, bước tiến mới từ Viện Kỹ thuật Quá trình (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc) phối hợp cùng Đại học Thâm Quyến đã mang đến một cách tiếp cận hoàn toàn khác. Họ đã chế tạo thành công một hệ thống tách muối hoạt động hoàn toàn độc lập, không cần kết nối với lưới điện quốc gia mà chỉ sử dụng năng lượng hấp thụ trực tiếp từ ánh sáng mặt trời.

Công nghệ vật liệu quang nhiệt 3D hiệu suất cao

Điểm mấu chốt tạo nên sự khác biệt của thiết bị này nằm ở việc giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của công nghệ năng lượng mặt trời: vật liệu hấp thụ và chuyển đổi nhiệt. Trong các thiết bị truyền thống, các hạt nano phân tán trong nước thường có xu hướng kết tụ lại với nhau sau một thời gian ngắn, làm giảm đáng kể diện tích tiếp xúc và hiệu suất hấp thụ ánh sáng.

Để khắc phục triệt để điểm yếu này, các nhà khoa học Trung Quốc đã thiết kế một cấu trúc vật liệu quang nhiệt ba chiều (3D) vô cùng đặc biệt. Cấu trúc này chứa hàng tỷ hạt nano rỗng được liên kết chặt chẽ với nhau trong một khung sườn bền vững. Thiết kế dạng lưới lồi lõm này giúp các hạt nano không bị dồn cục, đồng thời tối đa hóa khả năng bẫy ánh sáng nhờ các phản xạ nội suy phức tạp bên trong vật liệu.

Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy, hệ thống đạt tỷ lệ hấp thụ ánh sáng mặt trời lên tới 90,2%. Quan trọng hơn, nhờ cơ chế truyền nhiệt cục bộ ưu việt tại bề mặt ngăn cách giữa nước và không khí, thiết bị đã giảm được 45,7% năng lượng cần thiết để làm bay hơi cùng một lượng nước biển so với các thiết bị quang năng thông thường. Sự sụt giảm đáng kể về ngưỡng năng lượng kích hoạt quá trình bay hơi chính là chìa khóa giúp tối ưu hóa sản lượng nước sạch thu về.

Từ mô hình thực nghiệm đến triển vọng nông nghiệp hóa

Hiệu quả của công nghệ không dừng lại ở những con số trong phòng thí nghiệm. Một mô hình thử nghiệm thực tế có diện tích bề mặt chỉ vỏn vẹn 0,75 mét vuông đã chứng minh công suất ấn tượng khi sản xuất được hơn 20 lít nước sạch mỗi ngày dưới điều kiện ánh sáng tự nhiên. Lượng nước này đủ để đáp ứng nhu cầu uống và vệ sinh cơ bản cho khoảng 10 người trưởng thành.

Qua các đợt kiểm nghiệm nghiêm ngặt, chất lượng nguồn nước thành phẩm sau khi ngưng tụ hoàn toàn đạt và vượt các tiêu chuẩn khắt khe về nước uống của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Không chỉ phục vụ con người, các nhà nghiên cứu còn sử dụng trực tiếp nguồn nước tinh khiết này để vận hành một trang trại thực nghiệm quy mô nhỏ rộng 5 mét vuông. Hệ thống đã nuôi dưỡng thành công các loại cây trồng như cải bó xôi, ngô và cải thảo phát triển khỏe mạnh suốt một mùa vụ mà không gặp bất kỳ hiện tượng tích tụ muối hay ảnh hưởng tiêu cực nào đến thổ nhưỡng.

Đặc biệt, độ bền bỉ của vật liệu đã vượt qua thử thách khốc liệt của thời gian. Hệ thống liên tục hoạt động ngoài trời trong suốt một năm rưỡi dưới các hình thái thời tiết thay đổi liên tục nhưng không hề có dấu hiệu suy giảm hiệu suất hay bị muối biển ăn mòn bề mặt - vốn là bài toán nan giải khiến các thiết bị thế hệ cũ nhanh chóng hỏng hóc.

Tương lai của nguồn nước giá rẻ cho vùng cô lập

Dựa trên dữ liệu vận hành liên tục, nhóm nghiên cứu tính toán rằng khi khấu hao chi phí sản xuất thiết bị trong vòng đời sử dụng, giá thành của mỗi lít nước sạch tạo ra sẽ thấp hơn đáng kể so với chi phí mua nước đóng chai công nghiệp. Khi công nghệ này được thương mại hóa và sản xuất ở quy mô lớn, chi phí trên mỗi đơn vị thể tích hứa hẹn sẽ còn giảm sâu hơn nữa nhờ lợi thế quy mô.

Hiện tại, đội ngũ chuyên gia đang tập trung tối ưu hóa hiệu suất của bộ phận ngưng tụ hơi nước và tìm kiếm các phương án thay thế vật liệu để tiếp tục hạ giá thành sản xuất thiết bị xuống mức tối thiểu. Mục tiêu cuối cùng là sớm đưa giải pháp này ứng dụng rộng rãi tại các vùng duyên hải khan hiếm nước ngọt, các hải đảo tiền tiêu cô lập và các cộng đồng dân cư nghèo xa xôi.

Tóm lại, bằng việc ứng dụng kiến trúc vật liệu nano 3D sáng tạo, bước đột phá công nghệ này của Trung Quốc không chỉ hạ thấp chi phí sản xuất nước ngọt xuống mức bình dân, mà còn mở ra một hướng đi bền vững, thân thiện với môi trường để giải quyết triệt để cuộc khủng hoảng tài nguyên nước toàn cầu trong tương lai.