Nước biển khử muối được xem là nguồn nước ngọt quý giá cho người dân sinh sống ở các đảo xa xôi, không có hệ thống cấp nước sạch. Điều này cũng có thể hữu ích ở các nước đang phát triển, nơi việc tiếp cận nước sạch có thể là một vấn đề. Tuy nhiên, quá trình khử muối nước biển thường tiêu tốn rất nhiều năng lượng.
Để khắc phục khó khăn này, một số hệ thống khử muối đã và đang phát triển, vận hành bằng năng lượng mặt trời, có thể hoạt động ở những khu vực không có điện. Thiết kế như vậy cho phép thiết bị bay hơi sử dụng được ở bất cứ đâu. Tuy nhiên, quá trình này cũng có thể tốn thời gian, làm hạn chế việc áp dụng.
Mới đây, các nhà khoa học tại Viện khoa học và công nghệ quốc gia Ulsan (UNIST) Hàn Quốc vừa chế tạo thiết bị bay hơi dựa trên oxit, có thể chuyển đổi nước biển thành nước ngọt mà không cần điện. Thiết bị bay hơi dựa trên oxit ba thành phần, có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời một cách hiệu quả để thúc đẩy quá trình bay hơi.
Điểm mấu chốt trong thiết kế này là loại vật liệu quang nhiệt mới, có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa nó thành nhiệt. Các nhà nghiên cứu đã phủ lớp vật liệu quang nhiệt này lên bề mặt của thiết bị bay hơi, thúc đẩy khả năng chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng nhiệt, nhờ đó làm tăng khả năng bay hơi nước biển.
Các nhà nghiên cứu đạt được điều này bằng cách thay thế một phần mangan trong oxit mangan chống ăn mòn, bằng đồng và crom, tạo ra một oxit ba thành phần mới. Bằng cách điều chỉnh cẩn thận thành phần của vật liệu, họ làm cho nó có khả năng hấp thụ gần 97% ánh sáng mặt trời, từ tia cực tím đến ánh sáng cận hồng ngoại.
Không giống như các vật liệu oxit thông thường, chủ yếu chỉ hấp thụ ánh sáng nhìn thấy, vật liệu mới này thu giữ và chuyển hóa phạm vi ánh sáng mặt trời rộng hơn nhiều thành nhiệt. Kết quả của khả năng hấp thụ quang phổ rộng này là sự sinh nhiệt lớn hơn, nhiệt độ bề mặt đạt tới 80 độ C, cao hơn đáng kể so với 74 độ C, có thể đạt được chỉ với oxit đồng-mangan.
Các thí nghiệm của nhóm nghiên cứu cho thấy, hệ thống có diện tích 1 mét vuông, có thể sản xuất khoảng 4,1 lít nước sạch chỉ trong một giờ. Tốc độ này gấp gần 7 lần tốc độ bay hơi tự nhiên của nước biển, đưa nó trở thành thiết bị bay hơi dựa trên oxit nhanh nhất thế giới được ghi nhận cho đến nay.
Mặc dù vật liệu quang nhiệt giúp nhóm nghiên cứu tăng tốc độ bay hơi của nước biển lên nhanh nhất, nhưng họ vẫn phải xử lý lượng muối còn lại trên bề mặt sau khi nước bay hơi. Đây là vấn đề lớn thường gặp ở hầu hết nhà máy khử muối vận hành bằng năng lượng mặt trời, bất kể tốc độ bay hơi của chúng là bao nhiêu.
Nhóm nghiên cứu sử dụng thiết kế hình chữ U ngược, với lớp phủ quang nhiệt trên phần hấp thụ nước. Thiết kế này gồm vật liệu sợi thấm nước và vải polyester kỵ nước, giúp hút nước hiệu quả, đồng thời cho phép các ion muối thoát ra ngoài, ngăn ngừa sự tích tụ muối trên bề mặt.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials.
