Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hơn 2 tỷ người trên thế giới gặp khó khăn trong việc tiếp cận nguồn nước sạch. Theo báo cáo do Viện Tài nguyên thế giới mới công bố, một nửa dân số thế giới đang đối mặt với tình trạng căng thẳng cao độ về nước trong ít nhất 1 tháng mỗi năm và tình trạng này dự kiến sẽ ngày càng trở nên tồi tệ hơn. Báo cáo cũng cho biết, 25 quốc gia, chiếm khoảng 1/4 dân số thế giới đang phải đối mặt với mức "căng thẳng cao cực độ" về tài nguyên nước.

Trong đó Trung Đông - Bắc Phi là khu vực có tới 83% dân số sống trong tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, trong khi con số này tại Nam Á là hơn 74%. Thiếu nước cũng gây ra nguy cơ đối với an ninh lương thực. 60% các cây trồng cần tưới tiêu đang bị đe dọa do tình trạng căng thẳng về nước, khoảng 31% GDP của thế giới có thể phải chịu hậu quả của tình trạng này.

Trước tình hình biến đổi khí hậu khó lường như hiện nay, sự khô cạn các nguồn nước ngọt đang ngày càng nghiêm trọng, nhất là vào mùa hè khi nhu cầu sử dụng nước tăng cao thì việc phát minh ra những thiết bị khử muối là điều hết sức quan trọng, góp phần giảm thiểu tình trạng thiếu nước sạch toàn cầu.

Mỹ phát minh ra thiết bị khử muối

Trước đây, đã có một số nghiên cứu về thiết bị khử muối nước biển để lấy nước ngọt, nhưng thường các thiết bị này quá đắt. Đề xuất xây dựng một nhà máy như vậy ở Mexico có chi phí hơn 5 tỷ đô la Mỹ. Ngoài ra, những thiết bị này ở quy mô cung cấp nước cho hàng trăm nghìn người thì sẽ cần một lượng nhiệt vô cùng lớn.

Đã có nhiều phát minh biến nước biển thành nước ngọt. Ảnh minh họa

Mới đây Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) vừa phát minh ra một thiết bị khử muối có thể biến nước biển thành nước uống nhờ sử dụng năng lượng mặt trời. Phát minh này được thử nghiệm ở Trung Quốc có ưu điểm chi phí thấp, phù hợp với những người sống ở nơi thiếu nguồn nước ngọt mà không có khả năng tài chính cao.

Thiết bị này chủ yếu dựa vào một quá trình tương tự như luân chuyển nhiệt muối, một quá trình xảy ra khi nước tuần hoàn tự nhiên qua các đại dương để phản ứng với nhiệt độ tăng cao khi tiếp xúc với không khí, ánh sáng mặt trời làm nước bay hơi, để lại muối. Khi lượng muối đó cô đặc, nước cũng trở nên nặng hơn và có xu hướng chảy xuống dưới. Điều này cho phép nước loại bỏ muối, khử muối và trở thành nước ngọt có thể uống được.

Thiết bị khử muối với chi phí thấp sẽ giúp tiếp cận với lượng nước dồi dào sẵn có trong các đại dương. Nhờ sử dụng năng lượng mặt trời không cần nguồn điện nào khác. Với kích thước chỉ bằng một chiếc va li, nó có thể sản xuất tới 3,8 m3 nước ngọt mỗi giờ.

Việt Nam chế tạo thành công vật liệu quang nhiệt có khả năng biến nước biển thành nước sạch

Trước đó, tại Việt Nam, TS Phạm Tiến Thành cùng nhóm nghiên cứu trường Đại học Việt Nhật (ĐHQGHN) chế tạo thành công vật liệu quang nhiệt có khả năng biến nước biển thành nước sạch. Vật liệu do nhóm nghiên cứu chế tạo có hiệu suất hấp thụ mặt trời lên tới 95%. Đây là loại vật liệu tích hợp ứng dụng trong các hệ tạo hơi nước bằng năng lượng mặt trời, nhằm lọc nước biển thành nước sạch.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra quy trình chế tạo vật liệu mới bằng cách tạo ra phức chất sắt kết hợp polyphenol chiết xuất từ nước trà xanh (hoặc trà mạn) trên vật liệu nền tự nhiên từ quả phật thủ để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời.

TS Thành cho hay, để lớp phức ion kim loại có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, polyphenol trong chè phải bám đồng đều trên bề mặt vật liệu. Do đó các công đoạn đều được thực hiện kỹ càng, nhất là bước xử lý vỏ phật thủ. Việc xử lý tinh dầu trong vỏ giúp tăng hình thành liên kết giữa polyphenol tự nhiên trong nước trà và xenlulo trên bề mặt quả phật thủ, nhờ đó vật liệu đạt mức hấp thụ mặt trời lên tới 95%.

Sử dụng vật liệu mới vào lọc nước mặn quy mô nhỏ, diện tích vật liệu khoảng 100 cm2 cho thấy, ngày nắng thu được khoảng 3,7 lít nước sạch/m2. Nhờ cấu trúc có khả năng dẫn nước tốt giúp vật liệu này ít bị bám muối trên bề mặt trong quá trình bay hơi nước. Đây là một trong những yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất của vật liệu trong quá trình sử dụng. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí quốc tế Desalination tháng 7/2022.

Máy chưng cất năng lượng mặt trời tại Abu Dhabi 

Công ty khởi nghiệp Manhat ở Dubai hiện đang phát triển một thiết bị nổi có thể chưng cất nước mà không cần điện hoặc thải ra nước muối. Thiết bị bao gồm một nhà kính nổi trên bề mặt biển. Ánh sáng mặt trời làm nóng và làm bốc hơi nước bên dưới nhà kính này, tách hơi nước ra khỏi các tinh thể muối dưới biển. Khi nhiệt độ giảm, hơi nước sẽ ngưng tụ thành nước ngọt và được thu gom lại.

Tiến sĩ Saeed Alhassan Alkhazraji, người sáng lập công ty và là phó giáo sư tại Đại học Khalifa của Abu Dhabi cho biết: “Nó thực sự giống với chu trình tự nhiên của nước”. Ông nói rằng quá trình bay hơi nhờ mặt trời từ lâu đã được sử dụng cho mục đích tạo nước ngọt, nhưng thông thường thì nước được đổ vào một cái chậu trùm kín, khi nước đã bay hơi, muối sẽ bị bỏ lại.

Không giống như thiết bị chưng cất sử dụng năng lượng mặt trời truyền thống, thiết bị của Manhat trôi nổi trong đại dương, hút nước trực tiếp từ biển. Alhassan cho biết, muối không chất đống trong thiết bị và các ống thu nước có đầu vát ngăn các giọt nước bay hơi.