Thiết bị điện mặt trời biến nước bẩn thành nhiên liệu hydro và nước uống
Cập nhật vào: Thứ năm - 21/12/2023 02:20
Cỡ chữ
Các nhà khoa học Anh đã chế tạo được một thiết bị nổi chạy bằng năng lượng mặt trời với khả năng chuyển đổi nước ô nhiễm hoặc nước biển thành nhiên liệu hydro sạch và nước uống. Thiết bị hoạt động với bất kỳ nguồn nước mở nào và không cần nguồn điện bên ngoài nên có thể được sử dụng ở những nơi có nguồn tài nguyên hạn chế hoặc ở vùng xa.
Quy trình tách nước bằng quang xúc tác chuyển đổi ánh nắng mặt trời trực tiếp thành hydro có thể lưu trữ nhưng thường cần có nước tinh khiết và không gian để lắp đặt, đồng thời sản sinh nhiệt thải không sử dụng được. Vì nước là nguồn tài nguyên quý giá, do đó, thiết bị xúc tác quang sử dụng mọi nguồn nước chưa qua xử lý như nước sông, biển, hồ hoặc nước thải công nghiệp sẽ là lựa chọn bền vững.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge ở Anh đã lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp để chế tạo thiết bị hoạt động bằng năng lượng mặt trời, có khả năng sản xuất đồng thời nhiên liệu hydro sạch và nước uống sạch từ nước ô nhiễm hoặc nước biển.
Chanon Pornrungroj, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Kết hợp chức năng sản xuất năng lượng mặt trời với sản xuất nước trong một thiết bị duy nhất là rất phức tạp. Việc tách nước bằng năng lượng mặt trời, trong đó các phân tử nước được phân tách thành hydro và oxy, đòi hỏi sử dụng nước hoàn toàn tinh khiết vì bất kỳ chất ô nhiễm nào cũng có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất xúc tác hoặc gây ra phản ứng phụ hóa học không mong muốn”.
Các thiết bị cũ chỉ sản xuất nhiên liệu hydro xanh từ nguồn nước sạch, do đó, nhóm nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã chế tạo được thiết bị sử dụng nước ô nhiễm phục vụ các khu vực khó tìm kiếm nguồn nước sạch.
Ariffin Mohamad Annuar, đồng tác giả nghiên cứu, cho rằng: “Ở vùng sâu vùng xa hoặc khu vực đang phát triển, nơi nước sạch tương đối khan hiếm và cơ sở hạ tầng lọc nước không có sẵn, việc phân tách nước là vô cùng khó khăn. Một thiết bị hoạt động bằng nước ô nhiễm có thể giải quyết cùng lúc hai vấn đề: tách nước để tạo ra nhiên liệu sạch và sản xuất nước uống sạch”.
Nhóm nghiên cứu đã lắng đọng chất xúc tác quang hấp thụ tia UV lên lưới cacbon cấu trúc nano hấp thụ ánh sáng hồng ngoại, chất hấp thụ tốt cả ánh sáng và nhiệt, để tạo ra hơi nước được chất xúc tác quang dùng để sản xuất hydro. Lưới cacbon xốp, được xử lý để đẩy nước, giúp chất xúc tác quang nổi và giữ nó cách xa mặt nước bên dưới để các chất gây ô nhiễm không làm ảnh hưởng đến chức năng của nó. Ngoài ra, cấu hình này cho phép thiết bị sử dụng nhiều năng lượng mặt trời hơn.
Annuar cho biết: “Quy trình sản xuất nhiên liệu mặt trời dựa vào ánh sáng chỉ sử dụng một phần nhỏ quang phổ mặt trời, còn rất nhiều quang phổ không được sử dụng”. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một lớp hấp thụ tia cực tím màu trắng phía trên thiết bị nổi để sản xuất hydro thông qua quá trình tách nước. Phần ánh sáng còn lại trong quang phổ mặt trời được truyền xuống đáy thiết bị, làm bay hơi nước. Điều này mô phỏng rõ nét hơn hiện tượng thoát hơi nước, quá trình chuyển động của nước qua cây và bốc hơi nước từ các bộ phận như lá, thân và hoa.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị bằng cách sử dụng các nguồn nước mở trong thế giới thực, bao gồm nước sông Cam ở trung tâm thành phố Cambridge và nước thải công nghiệp đục từ ngành công nghiệp giấy. Trong nước biển nhân tạo, thiết bị duy trì 80% hiệu suất ban đầu sau 154 giờ. Do chất xúc tác quang được tách khỏi các chất ô nhiễm trong nguồn nước và vẫn tương đối khô nên thiết bị có thể duy trì hoạt động ổn định. Thiết bị mới có khả năng giải quyết các vấn đề về tính bền vững và nền kinh tế tuần hoàn.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Water.
N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com12/2023