Hệ thống khử muối bằng năng lượng mặt trời cải tiến có thể cung cấp nước uống chi phí thấp cho hàng triệu người

Các kỹ sư của MIT đã thử nghiệm nguyên mẫu quy mô cộng đồng trên các giếng nước ngầm ở New Mexico, Mỹ trong hơn sáu tháng (Ảnh: Shane Pratt).

Các nhà khoa học đã chế tạo một hệ thống khử muối sử dụng năng lượng mặt trời, không cần pin đắt tiền và có thể sản xuất một lượng lớn nước uống giá rẻ cho hàng triệu người trên thế giới. Nhà máy cải tiến này do các nhà nghiên cứu của MIT thiết kế, phản ứng nhanh chóng với những thay đổi nhỏ về mức độ ánh sáng mặt trời - chẳng hạn như đám mây bay ngang qua - để tận dụng tối đa năng lượng mặt trời sẵn có.

Kết quả là không cần thêm pin để lưu trữ năng lượng cũng như không cần nguồn điện bổ sung và do đó có thể sản xuất một lượng lớn nước uống chỉ bằng năng lượng tái tạo. Các kỹ sư của MIT đứng sau dự án đã thử nghiệm một nguyên mẫu quy mô cộng đồng trên các giếng nước ngầm ở New Mexico, Hoa Kỳ trong hơn sáu tháng. Hệ thống này tạo ra tới 5.000 lít nước mỗi ngày, bất chấp sự thay đổi lớn về thời tiết và ánh nắng mặt trời, đồng thời sử dụng hơn 94% năng lượng điện được tạo ra từ các tấm pin mặt trời của hệ thống.

Amos Winter, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại MIT cho biết: “Các công nghệ khử muối thông thường đòi hỏi nguồn điện ổn định và cần bộ lưu trữ pin để cung cấp năng lượng cho nguồn năng lượng thay đổi như năng lượng mặt trời”. “Bằng cách liên tục thay đổi mức tiêu thụ năng lượng đồng bộ với mặt trời, công nghệ của chúng tôi sử dụng năng lượng mặt trời một cách trực tiếp và hiệu quả để tạo ra nước. Có thể sản xuất nước uống bằng năng lượng tái tạo mà không cần lưu trữ pin là một thách thức lớn. Và chúng tôi đã làm được điều đó”.

Biến đổi khí hậu đồng nghĩa với việc ngày càng có nhiều người phụ thuộc vào việc khử muối trên toàn thế giới. Một số ước tính cho thấy đến năm 2030, khoảng cách giữa cung và cầu nước sẽ là 40%. UAE, tương tự như các nước láng giềng vùng Vịnh, đã trở nên phụ thuộc vào việc khử muối, nơi cung cấp khoảng một nửa nhu cầu nước của đất nước. Các nhà khoa học cho biết công nghệ này sẽ đặc biệt hữu ích ở những khu vực xa bờ biển, nơi chỉ có nguồn nước ngầm mặn, lợ khó chuyển thành nước uống sạch.

Jonathan Bessette, nghiên cứu sinh tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí tại MIT, cho biết: “Phần lớn dân số thực sự sống đủ xa bờ biển nên việc khử muối trong nước biển không bao giờ có thể đến được với họ. Do đó, họ phụ thuộc rất nhiều vào nước ngầm, đặc biệt là ở những vùng xa xôi, thu nhập thấp. Và thật không may, nguồn nước ngầm này ngày càng mặn hơn do biến đổi khí hậu”. “Công nghệ này có thể mang lại nguồn nước sạch bền vững, giá cả phải chăng cho những nơi chưa được tiếp cận trên khắp thế giới”. Nhà máy dựa vào một quy trình được gọi là điện phân, sử dụng điện trường để hút các ion muối khi nước được bơm qua một chồng màng trao đổi ion.

Các nhà nghiên cứu cảm thấy rằng quá trình này sẽ hiệu quả hơn so với phương pháp thay thế, được gọi là thẩm thấu ngược, bơm nước mặn qua màng và lọc muối. Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp đó theo truyền thống chạy ở mức năng lượng ổn định, không tương thích với các nguồn năng lượng biến đổi tự nhiên như mặt trời. Nhóm nghiên cứu đã hy vọng sử dụng phương pháp thẩm tách điện để tạo ra một hệ thống “biến đổi theo thời gian” có khả năng đáp ứng với những biến đổi trong năng lượng mặt trời tái tạo. Trong công trình mới nhất của mình, các nhà nghiên cứu đã tìm cách loại bỏ nhu cầu sử dụng pin bằng cách giảm thời gian phản hồi xuống còn một phần giây.

Hệ thống mới có thể cập nhật tốc độ khử muối từ 3 đến 5 lần mỗi giây. Điều này cho phép hệ thống điều chỉnh theo những thay đổi của ánh sáng mặt trời suốt cả ngày mà không cần phải tạo ra bất kỳ độ trễ nào về nguồn điện bằng các nguồn điện bổ sung. Giáo sư Winter cho biết: “So với cách thiết kế hệ thống khử muối bằng năng lượng mặt trời theo truyền thống, chúng tôi đã cắt giảm gần 100% dung lượng pin cần thiết”.

Các nhà nghiên cứu báo cáo chi tiết về hệ thống mới trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Water. Họ có kế hoạch thử nghiệm thêm và mở rộng quy mô hệ thống với hy vọng cung cấp cho các cộng đồng lớn hơn và thậm chí cả các thành phố trực thuộc trung ương nước uống chi phí thấp, sử dụng hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Ông Bessette cho biết: “Mặc dù đây là một bước tiến quan trọng nhưng chúng tôi vẫn đang nỗ lực làm việc để tiếp tục phát triển các phương pháp khử muối bền vững hơn, chi phí thấp hơn”.

Tin ngắn: Tạp chí KTTV

Nguồn: https://www.thenationalnews.com/climate/2024/10/08/innovative-solar-desalination-system-could-provide-low-cost-drinking-water-for-millions/