Khử muối, quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển, từ lâu là giải pháp cho tình trạng thiếu nước, nhưng các công nghệ hiện tại lại tốn kém, phức tạp, phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng quy mô lớn. Các phương pháp khử muối thông thường, thường dựa vào các quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng và màng lọc mỏng manh
Hệ thống mới, mô tả trên tạp chí khoa học Nature Water, được thiết kế để sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời và hoạt động độc lập với lưới điện truyền thống. Điều này có nghĩa là nó có thể triển khai ở những vùng xa xôi không có điện, mang lại nguồn nước cho các cộng đồng đang phải vật lộn với tình trạng thiếu nước sạch.
Công nghệ đột phá này được gọi là Khử muối trao đổi năng lượng cộng hưởng nhiệt mặt trời (STREED). Hệ thống này khai thác khái niệm cộng hưởng, một hiện tượng tự nhiên trong đó năng lượng di chuyển qua lại giữa hai trạng thái một cách hiệu quả, với tổn thất tối thiểu. Trong hệ thống STREED, năng lượng dao động giữa hai luồng: dòng nước muối nóng và dòng không khí.
Trong quá trình khử muối, nước muối đun nóng bốc hơi, để lại muối và tạp chất. Sau đó, hơi nước di chuyển vào một kênh không khí riêng biệt, tại đó hơi nước nguội đi và ngưng tụ thành nước ngọt. Điều này tương tự cách con lắc dao động qua lại hoặc cách năng lượng tuần hoàn qua một mạch điện.
Các kỹ sư tinh chỉnh hệ thống để cho phép nhiệt truyền qua lại dễ dàng, ngay cả khi ánh sáng mặt trời tạm thời bị mây che khuất hoặc vào ban đêm. Sự truyền năng lượng dao động này làm cho quá trình này hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp khử muối truyền thống, vốn bị mất năng lượng trong quá trình chuyển đổi.
Một trong những ưu điểm chính của hệ thống STREED là khả năng phục hồi và tính đơn giản của nó. Các nhà máy khử muối truyền thống thường sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược (RO), công nghệ này đẩy nước qua màng mỏng để tách muối. Màng này dễ bị bám bẩn và vỡ, đặc biệt là khi tiếp xúc với nước có độ mặn cao.
Ngược lại, STREED loại bỏ hoàn toàn nhu cầu sử dụng màng. Thay vào đó, nó sử dụng không khí làm rào cản giữa nước mặn và hơi nước sạch, đồng thời tích hợp các vật liệu bền, ít bảo trì. Thiết kế này giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì, làm cho hệ thống hoạt động mạnh mẽ, bền hơn nhiều so với các công nghệ khử muối hiện tại.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Rice thử nghiệm một nguyên mẫu của hệ thống STREED tại San Marcos, Texas, nơi nó sản xuất tới 0,75 lít nước uống mỗi giờ. Họ cũng tiến hành mô phỏng tại nhiều địa điểm khác nhau của Hoa Kỳ, bao gồm khu vực Portland nhiều mây, Oregon và Albuquerque đầy nắng, New Mexico.
Kết quả cho thấy, STREED vượt trội hơn các hệ thống khử muối thông thường tới 77% về hiệu quả thu hồi nước, ngay cả ở những vùng ít nắng. Điều này có nghĩa là công nghệ này không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời liên tục để có hiệu quả, khiến nó trở thành giải pháp khả thi trong nhiều loại khí hậu.
Các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ của họ có thể đổi mới cách sản xuất nước ở những khu vực khan hiếm nước sạch. Nó cũng có thể hữu ích cho các nỗ lực cứu trợ khẩn cấp, cung cấp khả năng tiếp cận nước uống nhanh chóng và có thể mở rộng sau các thảm họa thiên nhiên hoặc các nhu cầu cụ thể.
Với việc thử nghiệm và tinh chỉnh thêm, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ phổ biến STREED rộng rãi, mang nước sạch đến các cộng đồng đang cần mà không cần chi phí cao và phức tạp ở các nhà máy khử muối truyền thống. Công nghệ sáng tạo này không chỉ cung cấp giải pháp thiết thực cho tình trạng thiếu nước mà còn thể diện bước tiến đáng kể hướng tới cuộc sống bền vững, không phụ thuộc vào lưới điện.
