Các nhà khoa học từ Viện Giáo dục Quốc gia, Đại học Công nghệ Nanyang của Singapore đã phát triển một phương pháp chuyển đổi chất thải trái cây như vỏ dừa, vỏ cam và vỏ chuối thành một thiết bị hấp thụ năng lượng mặt trời làm bằng MXene để quá trình khử muối nước hiệu quả.

Singapore tạo ra hơn 20.000 tấn chất thải trái cây hàng năm, phần lớn trong số đó đến từ ngành ép trái cây, sử dụng 50% trái cây nhưng loại bỏ phần còn lại dưới dạng rác, chẳng hạn như vỏ trái cây. Điều này đã truyền cảm hứng cho Tiến sĩ Edison Ang. 

Một loại vật liệu được gọi là MXene có khả năng chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt vượt trội và có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị tĩnh năng lượng mặt trời để xử lý nước bằng năng lượng mặt trời sạch, có thể tái tạo. Năng lượng mặt trời này vẫn có thể được chế tạo di động và thiết lập dễ dàng ở các vùng nông thôn với khả năng tiếp cận điện hạn chế.

Chất thải trái cây được sử dụng để tạo ra vật liệu MXene thông qua quy trình cacbon hóa hai bước và những vật liệu này được sử dụng để tạo ra bộ hấp thụ năng lượng mặt trời trong tĩnh điện năng lượng mặt trời để khử muối nước. 

MXene có nguồn gốc từ chất thải trái cây thể hiện hiệu quả chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt cao, với tỷ lệ 90%. Con số này cao hơn gần 30% so với tấm hấp thụ năng lượng mặt trời thương mại, có nghĩa là nó hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng nhiệt.

Việc sử dụng chất thải trái cây làm nguồn nguyên liệu thô để sản xuất MXene có thể làm giảm đáng kể chi phí nguyên liệu. Trong nghiên cứu này, vật liệu MXene ít tốn kém hơn so với các vật liệu thay thế thương mại vì một trong những nguồn chất phản ứng được lấy miễn phí từ chất thải trái cây.

Nguyên mẫu tĩnh năng lượng mặt trời tự chế sử dụng vật liệu MXene đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về tốc độ sản xuất nước, với mức tăng khoảng 50% so với tĩnh năng lượng mặt trời hiện có.

Nước tinh khiết do nguyên mẫu tĩnh điện mặt trời tự chế tạo ra đã đáp ứng tiêu chuẩn nước uống của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Điều này cho thấy rằng năng lượng mặt trời dựa trên MXene vẫn có thể tạo ra nước uống sạch, an toàn cho con người.

Trọng tâm chính trong nghiên cứu của Tiến sĩ Edison là phát triển các phương pháp sáng tạo và tiết kiệm chi phí để biến chất thải hữu cơ thành vật liệu hữu ích cho các tĩnh năng lượng mặt trời giúp lọc nước. Graphite đã được chế tạo thành công từ rác nhựa trong một nghiên cứu trước đây của nhóm.

Cả hai cuộc điều tra đều cho thấy chất thải hữu cơ có thể được biến thành vật liệu hai chiều (2D) với giá trị cao hơn như than chì và MXene. Ngoài ra, cấu trúc tổ ong riêng biệt của nó nâng cao hiệu quả của quá trình chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt và các lớp xen kẽ của cấu trúc 2D cung cấp nhiều con đường để sản xuất nước nhanh.

Tái chế và tái sử dụng chất thải hữu cơ và biến chúng thành vật liệu có giá trị gia tăng, chẳng hạn như carbon, có thể làm giảm tác động tiêu cực của ô nhiễm chất thải đồng thời giảm chi phí vật liệu MXene hoặc than chì và khai thác tài nguyên carbon tự nhiên. Kết quả là, cả nền kinh tế và môi trường đều sẽ đạt được những thành tựu đáng kể.

Tuy nhiên, thách thức chính của nhóm nghiên cứu là tìm kiếm vật liệu phù hợp cho các tĩnh năng lượng mặt trời thân thiện với môi trường và hiệu quả hơn. Thông thường, các tạp chất phi hữu cơ được trộn lẫn với các chất thải hữu cơ. Do đó, chỉ có một số vật liệu tinh khiết có thể được sản xuất bằng các công nghệ hiện tại. Việc phân loại các loại chất thải khác nhau sẽ cần thêm công việc, chẳng hạn như sử dụng máy học kết hợp với trí tuệ nhân tạo để nâng cao chất lượng của quy trình quản lý chất thải.

Pin Li-ion thương mại, được sử dụng trong mọi thứ, từ điện thoại thông minh đến xe điện, được biết là được chế tạo bằng than chì là thành phần chính. MXene, có tính dẫn điện tự nhiên như than chì và có cấu trúc 2D, rất hữu ích để lưu trữ điện tích trong pin và có thể sớm được sử dụng trong sản xuất pin. Do đó, MXene được tạo ra từ chất thải trái cây có những ứng dụng tiềm năng vượt xa khả năng lọc nước.