Phát minh vật liệu mới làm rung chuyển ngành xây dựng: tạo loại sơn phản xạ 97% ánh nắng, thu gần 400 ml nước từ không khí mỗi ngày

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney (Australia) phát triển một lớp phủ polymer dạng sơn có khả năng làm mát bề mặt công trình và thu nước trực tiếp từ hơi ẩm trong không khí. Công nghệ này hoạt động thụ động, không cần điện năng, với lượng nước thu được tối đa 390 ml/m² mỗi ngày trong điều kiện tối ưu.

Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Sydney phối hợp với công ty khởi nghiệp Dewpoint Innovations phát triển lớp phủ polymer xốp ứng dụng công nghệ nano. Vật liệu được thiết kế để thực hiện đồng thời hai chức năng: phản xạ ánh sáng mặt trời nhằm giảm nhiệt độ bề mặt và tạo điều kiện để hơi nước trong khí quyển ngưng tụ thành giọt nước.

Theo nhóm nghiên cứu do Giáo sư Chiara Neto dẫn đầu, lớp phủ có khả năng phản xạ tới 97% ánh sáng mặt trời, đồng thời tỏa nhiệt vào khí quyển. Nhờ đó, bề mặt được phủ vật liệu có thể mát hơn nhiệt độ không khí xung quanh tới 6°C, ngay cả khi tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng.

Khi nhiệt độ bề mặt giảm xuống thấp hơn nhiệt độ không khí, hơi nước trong khí quyển có thể ngưng tụ thành những giọt nước. Cơ chế này tương tự hiện tượng hơi nước đọng trên gương trong phòng tắm, nhưng được tận dụng để thu gom nước từ môi trường bên ngoài mà không cần thiết bị làm lạnh hay nguồn điện hỗ trợ.

Hiệu quả của vật liệu đã được kiểm tra trong thử nghiệm ngoài trời kéo dài 6 tháng trên mái nhà của Trung tâm Khoa học Nano Sydney. Trong thời gian này, nhóm nghiên cứu ghi nhận dữ liệu làm mát và thu gom nước theo từng phút.

Kết quả cho thấy lớp phủ có thể thu sương trong hơn 32% thời gian của năm. Ở điều kiện tối ưu, mỗi mét vuông bề mặt có thể thu được tối đa 390 ml nước mỗi ngày. Với diện tích thu gom 12 m², lượng nước tạo ra có thể đáp ứng nhu cầu uống hằng ngày của một người theo tính toán được nhóm nghiên cứu công bố.

Đáng chú ý, khả năng thu nước không chỉ giới hạn ở những khu vực có khí hậu ẩm ướt. Theo Giáo sư Chiara Neto, sương vẫn có thể hình thành tại các vùng khô hạn và bán khô hạn khi độ ẩm không khí tăng cao vào ban đêm.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh công nghệ này không nhằm thay thế lượng nước mưa mà bổ sung nguồn cung trong những thời điểm hoặc khu vực các nguồn nước khác trở nên khan hiếm.

Vật liệu được chế tạo từ polymer PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropene). Khác với các loại sơn trắng truyền thống sử dụng chất tạo màu phản xạ tia cực tím như titanium dioxide, lớp phủ mới đạt khả năng phản xạ cao nhờ cấu trúc xốp bên trong.

Theo Tiến sĩ Ming Chiu, tác giả chính của nghiên cứu và Giám đốc Công nghệ Dewpoint Innovations, thiết kế này giúp vật liệu phản xạ năng lượng mặt trời mà không gây ra những nhược điểm môi trường liên quan đến lớp phủ gốc sắc tố. Cơ chế phản xạ khuếch tán cũng giúp hạn chế hiện tượng chói lóa.

Ngoài ứng dụng trên mái nhà dân dụng, nhóm phát triển cho rằng công nghệ có thể được triển khai trên diện tích lớn để phục vụ nhiều hoạt động công nghiệp. Nguồn nước thu được có thể bổ sung cho chăn nuôi, tưới các loại cây trồng có giá trị cao, hệ thống làm mát bằng phun sương hoặc sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân. Theo nghiên cứu, quá trình điện phân cần khoảng 9 lít nước để sản xuất 1 kg hydro.

Lớp phủ cũng được kỳ vọng góp phần giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, hạ nhiệt độ bề mặt công trình và hạn chế nhu cầu sử dụng điều hòa không khí.

Phát minh của nhóm Giáo sư Chiara Neto đã được Đại học Sydney cấp phép cho Dewpoint Innovations từ năm 2022. Hiện doanh nghiệp đang phát triển công thức sơn gốc nước, có thể thi công bằng con lăn hoặc máy phun thông thường, nhằm đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm ra các công trình thực tế.

Theo Giám đốc điều hành Dewpoint Innovations Perzaan Mehta, mục tiêu của doanh nghiệp là biến mái nhà và cơ sở hạ tầng tại các khu vực vùng sâu, vùng xa thành những bề mặt có khả năng thu nước thụ động.

Nếu được thương mại hóa thành công, lớp phủ này có thể kết hợp chức năng làm mát và bổ sung nguồn nước tại chỗ trong cùng một vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, công nghệ hiện vẫn đang trong quá trình phát triển công thức thương mại, trong khi kết quả thu nước tối đa được ghi nhận trong điều kiện tối ưu của thử nghiệm.