Thiết bị hút nước từ không khí khô, được cung cấp bởi mặt trời

Hãy tưởng tượng một tương lai, trong đó mọi nhà đều có một thiết bị hút nước tất cả các hộ gia đình cần ra từ không khí, ngay cả trong điều kiện khí hậu khô như sa mạc, chỉ sử dụng sức mạnh của mặt trời.

Đây là máy thu hoạch nước được xây dựng tại MIT với Bộ Tài
chính từ UC Berkeley. Chỉ sử dụng ánh sáng  mặt trời, máy
 thu hoạch có thể kéo lít nước từ không khí có độ ẩm thấp
 trong khoảng thời gian 12 giờ.Ảnh: MIT từ phòng thí nghiệm

Tương lai có thể là ở góc với cuộc nghiên cứu tuần này là một máy thu hoạch nước chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời xung quanh để tách nước ra khỏi không khí mỗi ngày trong điều kiện có độ ẩm thấp như 20 phần trăm, một mức phổ biến ở các khu vực khô cằn.

Máy thu hoạch năng lượng mặt trời, được báo cáo trên tạp chí Science , được xây dựng tại Viện Công nghệ Massachusetts sử dụng một vật liệu đặc biệt  với một khung kim loại  - sản xuất tại Đại học California, Berkeley.

Omar Yaghi, một trong hai tác giả cấp cao của bài báo, cho biết: "Đây là một bước đột phá lớn trong việc thách thức lâu dài trong việc thu hoạch nước từ không khí ở độ ẩm thấp". Ông này là chủ tịch tại UC Berkeley và Là một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley. "Không có cách nào khác để làm điều đó ngay bây giờ, ngoại trừ việc sử dụng thêm năng lượng. Máy hút ẩm ở nhà 'tạo ra' nước rất đắt. '

Nguyên mẫu, trong điều kiện có độ ẩm 20-30%, có thể thu được 2,8 lít nước từ không khí trong 12 giờ, . Các bài kiểm tra trên sân thượng tại MIT đã xác nhận rằng thiết bị này hoạt động trong điều kiện thực tế.

Yaghi, giám đốc sáng lập của Berkeley Global Science, cho biết: "Một tầm nhìn cho tương lai là rất to lớn, nơi bạn có một thiết bị ở nhà chạy bằng năng lượng mặt trời xung quanh để cung cấp nước đáp ứng nhu cầu của một hộ gia đình. Yaghi, đồng giám đốc của Viện Khoa học Năng lượng Kavli và liên minh nghiên cứu California của BASF. "Đối với tôi, điều đó sẽ có thể thực hiện được vì thí nghiệm này, tôi gọi nó là nước cá nhân".

Yaghi đã phát minh ra các khuôn kim loại hữu cơ cách đây hơn 20 năm, kết hợp các kim loại như magiê hoặc nhôm với các phân tử hữu cơ trong sắp xếp đồ chơi-đồ chơi để tạo ra các cấu trúc cứng nhắc, xốp lý tưởng để chứa khí và chất lỏng. Kể từ đó, hơn 20.000 bộ MOF khác nhau đã được các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới tạo ra. Một số chứa các hóa chất như hydro hoặc khí mê-tan: công ty hóa chất BASF đang thử nghiệm một trong các MOF của Yaghi trong các xe tải sử dụng nhiên liệu tự nhiên, vì các thùng chứa đầy của MOF chứa ba lần khí mê-tan có thể bơm dưới áp suất vào một thùng trống.

Các Bộ MOF khác có thể thu được CO2 từ khí thải, xúc tác hóa chất hấp phụ hoặc các hóa dầu trong các nhà máy chế biến.

Vào năm 2014, Yaghi và nhóm nghiên cứu UC Berkeley của ông đã tổng hợp một MOF - kết hợp giữa kim loại zirconium và axit adipic - nó liên kết hơi nước và ông đề nghị Evelyn Wang, một kỹ sư cơ khí của MIT, liên kết các lực lượng để chuyển bộ MOF  Vào hệ thống thu gom nước.

Hệ thống Wang và các sinh viên của cô được thiết kế gồm hơn 2 km các tinh thể MOF có kích thước bụi nén giữa một tấm hấp thụ ánh sáng mặt trời và một tấm ngưng tụ, đặt bên trong một buồng mở ra cho không khí. Khi không khí xung quanh khuếch tán qua MOF xốp, các phân tử nước gắn liền với bề mặt bên trong. Các nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy rằng các phân tử hơi nước thường tụ tập thành các nhóm 8 thành khối.

Ánh sáng mặt trời xuyên qua cửa sổ làm nóng Bộ Tài chính và đẩy nước bị tràn tới đầu ngưng tụ, ở nhiệt độ không khí bên ngoài. Hơi ngưng tụ dưới dạng nước lỏng và nhỏ giọt vào bộ phận thu.

Wang cho biết: "Công trình này mang lại một cách mới để thu hoạch nước từ không khí mà không đòi hỏi điều kiện độ ẩm cao và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các công nghệ hiện có khác.

Bằng chứng của khái niệm máy thu hoạch cho thấy nhiều chỗ để cải tiến, Yaghi nói. Bộ MOF hiện nay chỉ có thể hấp thụ 20% trọng lượng trong nước, nhưng các vật liệu khác của Bộ MOF có thể hấp thụ 40% hoặc hơn. Chất liệu cũng có thể được tinh chỉnh để có hiệu quả hơn ở mức độ độ ẩm cao hơn hoặc thấp hơn.

"Chúng tôi đã đặt cả hai nền tảng lý thuyết và thực nghiệm để chúng ta có thể sàng lọc các MOF khác, hàng ngàn nguồn có thể được thực hiện, để tìm ra các vật liệu tốt hơn", ông nói. . "Có rất nhiều tiềm năng cho việc nhân rộng lượng nước đang thu hoạch, và đây chỉ là vấn đề kỹ thuật hơn nữa".

Yaghi và nhóm của ông đang làm việc để cải thiện MOF của họ, trong khi Wang tiếp tục cải tiến hệ thống thu hoạch để sản xuất thêm nước.

"Để có nước luôn chạy, bạn có thể thiết kế một hệ thống hấp thụ độ ẩm trong suốt đêm và tiến hóa nó trong suốt ngày", ông nói. "Hoặc thiết kế bộ thu năng lượng mặt trời để cho phép tốc độ này nhanh hơn nhiều, khi có thêm không khí vào. Chúng tôi muốn chứng minh rằng nếu bạn bị lạc ở một nơi nào đó trên sa mạc, bạn có thể sống sót vì thiết bị này.chỉ cần một lon Coca hứng và có thể uống nước mỗi ngày, đó là cái mà người ta có thể thu thập trong vòng chưa đầy một giờ đồng hồ với hệ thống này. "