Thiết bị đơn giản lấy nước từ không khí – Ảnh: MIT

“Nếu bạn bị lạc đâu đó trong sa mạc nhưng có thiết bị này thì bạn vẫn có thể sống sót” – nhật báo The Independent đã giới thiệu như thế. Quả thực đó là thiết bị có thể hút nước từ không khí, thậm chí là ở những nơi có độ ẩm thấp hơn 20%, và nó chạy bằng… năng lượng mặt trời – những thứ rất sẵn có quanh ta.

Thiết bị này là phát minh của các nhóm nghiên cứu từ Trường Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học California của Mỹ, sử dụng một loại vật liệu đặc biệt được biết đến là khung kim loại – hữu cơ (MOF).

Thiết bị này hiện mới chỉ ở giai đoạn xây dựng nguyên mẫu và đã được thử nghiệm trong những điều kiện khá hạn chế, nhưng kết quả cho đến nay rất tích cực. Thông tin về nó đã được đăng tải trên tạp chí Science.

Ông Omar Yaghi, giáo sư hoá của Đại học California, nhận định: “Đây là một bước đột phá lớn trong việc thu gom nước từ không khí có độ ẩm thấp, vốn thách thức chúng ta bấy lâu nay. Không còn cách nào khác để thực hiện công việc đó hiện nay, ngoại trừ cách sử dụng rất nhiều năng lượng. Máy hút ẩm ở nhà bạn tạo ra nước với giá vô cùng đắt đỏ”.

2/3 dân số thế giới hiện đang thiếu nước sạch, trong khi theo ước tính có khoảng 13.000 tỉ lít nước trên thế giới có mặt trong không khí xung quanh chúng ta.

Cho đến nay, nguyên mẫu của thiết bị đã được thử nghiệm trong điều kiện độ ẩm từ 20-30%, tức tương đương ở môi trường sa mạc, và nó có thể hút 2,8 lít nước từ không khí trong vòng 12 giờ, sử dụng 1kg MOF.

Những thử nghiệm khác được thực hiện trên tầng thượng của Trường MIT cũng có kết quả tốt. Điều đó cho thấy thiết bị này có thể hoạt động được trong môi trường thực tế. Nhóm nghiên cứu cũng nói rằng thiết bị này có thể dễ dàng được nhân rộng để cung cấp cho một gia đình lượng nước ngọt mà họ cần cho một ngày.

Ông Yaghi thậm chí tự tin cho rằng trong tương lai con người không còn cần đến đường ống nước cung cấp nước sinh hoạt nữa. “Mỗi gia đình sẽ có một thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp nước đáp ứng theo nhu cầu sử dụng của họ” – nhà nghiên cứu Yaghi dự báo.

Ông Yaghi là người đã làm việc trên vật liệu MOF đầu tiên cách đây hơn 20 năm. Không giống như những tấm kim loại thông thường, những tấm MOF có cấu trúc gồm các kim loại như magiê hay nhôm kết hợp với các phân tử hữu cơ, sắp xếp bền vững với những lỗ nhỏ lý tưởng để chứa khí hoặc chất lỏng.

Kể từ đó đã có hơn 20.000 loại MOF khác nhau được các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới tạo ra. Chúng được dùng để lọc CO₂ và rất hiệu quả trong việc lưu trữ các hóa chất như hydro hay mêtan. Loại MOF được dùng trong “máy tạo nước” của nhóm MIT được tổng hợp vào năm 2014, có chứa sự kết hợp của kim loại zirconi và axit adipic, đây là những thứ liên kết với hơi nước.

Nhóm nghiên cứu của MIT sau đó đã lấy các tinh thể (có kích thước bằng hạt bụi) của loại MOF này và nén chúng vào giữa một tấm hấp thụ năng lượng mặt trời và một tấm tụ nước. Tiếp đó là đặt toàn bộ những thứ trên vào bên trong một chiếc hộp mở.

Khi không khí xung quanh khuếch tán qua các tinh thể MOF, các phân tử nước dính vào bề mặt bên trong. Nghiên cứu bằng tia X đã cho thấy các phân tử hơi nước thường tập trung thành nhóm, tạo ra các khối lập phương. 

Sau đó, ánh sáng mặt trời sẽ làm nóng MOF và đẩy hơi nước đến tấm tụ nước, nơi có cùng nhiệt độ với không khí bên ngoài. Lúc này, hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và nhỏ giọt vào bộ phận thu để cung cấp nước uống sạch.

“Chúng ta có một phương pháp mới để thu gom nước từ không khí mà không cần yêu cầu độ ẩm cao và giúp tiết kiệm năng lượng hơn bất kỳ công nghệ nào đang sử dụng hiện nay” – bà Evelyn Wang, trưởng nhóm nghiên cứu của Trường MIT, nhận định. 

Dù vậy, nhóm cũng thừa nhận rằng vẫn còn nhiều chỗ phải cải tiến và tinh chỉnh để biến thiết bị này trở nên hiệu quả hơn. Loại vật liệu MOF này cũng có thể được tinh chỉnh để phù hợp và có hiệu quả hơn trong điều kiện độ ẩm thấp hơn hoặc cao hơn.