Thư viện Nguồn Tin KH&CN Tài nguyên là trí thức
Bài viết liên quan
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị nổi chạy bằng năng lượng mặt trời có thể biến nước hoặc nước biển bị ô nhiễm thành nhiên liệu hydro sạch và nước tinh khiết ở bất cứ đâu trên thế giới.
Thiết bị này do các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge phát triển, có thể hữu ích trong môi trường hạn chế về tài nguyên hoặc không có lưới điện vì nó hoạt động với bất kỳ nguồn nước mở nào và không cần bất kỳ nguồn điện bên ngoài nào.
Nó lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp, quá trình thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành thức ăn. Tuy nhiên, không giống như các phiên bản trước đây của “lá nhân tạo” có thể sản xuất nhiên liệu hydro xanh từ nguồn nước sạch, thiết bị mới này hoạt động từ nguồn nước biển hoặc nguồn nước bị ô nhiễm, đồng thời có thể sản xuất nước uống sạch.
Các cuộc thử nghiệm thiết bị cho thấy nó có thể tạo ra nước sạch từ nước, nước biển bị ô nhiễm nặng và thậm chí từ sông Cam ở trung tâm Cambridge. Kết quả được báo cáo trên tạp chí Nature Water .
Tiến sĩ Chanon Pornrungroj từ Khoa Hóa học Yusuf Hamied của Cambridge, đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Việc kết hợp sản xuất nhiên liệu mặt trời và lọc nước trong một thiết bị duy nhất là rất khó khăn”. “Việc phân tách nước bằng năng lượng mặt trời, trong đó các phân tử nước bị phân hủy thành hydro và oxy, cần phải bắt đầu bằng nước hoàn toàn tinh khiết vì bất kỳ chất gây ô nhiễm nào cũng có thể gây độc cho chất xúc tác hoặc gây ra phản ứng phụ hóa học không mong muốn.”
Đồng tác giả Ariffin Mohamad Annuar cho biết: “Ở những vùng sâu vùng xa hoặc đang phát triển, nơi nước sạch tương đối khan hiếm và cơ sở hạ tầng cần thiết để lọc nước không có sẵn, việc phân tách nước là vô cùng khó khăn”. “Một thiết bị có thể hoạt động bằng nước bị ô nhiễm có thể giải quyết cùng lúc hai vấn đề: nó có thể tách nước để tạo ra nhiên liệu sạch và có thể tạo ra nước uống sạch.”
Pornrungroj và Mohamad Annuar, cả hai đều là thành viên trong nhóm nghiên cứu của Giáo sư Erwin Reisner, đã đưa ra một thiết kế thực hiện được điều đó. Họ lắng đọng chất xúc tác quang trên lưới carbon có cấu trúc nano có khả năng hấp thụ tốt cả ánh sáng và nhiệt, tạo ra hơi nước được chất xúc tác quang sử dụng để tạo ra hydro. Lưới carbon xốp, được xử lý để đẩy nước, vừa giúp chất xúc tác quang nổi vừa giữ nó cách xa vùng nước bên dưới, để các chất gây ô nhiễm không ảnh hưởng đến chức năng của nó.
Ngoài ra, thiết bị mới còn sử dụng nhiều năng lượng của Mặt trời hơn. Mohamad Annuar cho biết: “Quy trình sản xuất nhiên liệu mặt trời dựa trên ánh sáng chỉ sử dụng một phần nhỏ quang phổ mặt trời – còn rất nhiều quang phổ không được sử dụng”.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một lớp màu trắng hấp thụ tia cực tím 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.
Pornrungroj cho biết: “Bằng cách này, chúng tôi tận dụng được ánh sáng tốt hơn – chúng tôi thu được hơi để sản xuất hydro và phần còn lại là hơi nước”. “Bằng cách này, chúng tôi thực sự bắt chước một chiếc lá thật, vì giờ đây chúng tôi có thể kết hợp quá trình thoát hơi nước.”
Một thiết bị có thể tạo ra nhiên liệu sạch và nước sạch cùng một lúc chỉ bằng năng lượng mặt trời có thể giúp giải quyết các cuộc khủng hoảng năng lượng và nước mà rất nhiều nơi trên thế giới đang phải đối mặt. Ví dụ, ô nhiễm không khí trong nhà do nấu ăn bằng nhiên liệu ‘bẩn’, chẳng hạn như dầu hỏa, là nguyên nhân gây ra hơn 3 triệu ca tử vong hàng năm, theo Tổ chức Y tế Thế giới. Thay vào đó, nấu ăn bằng hydro xanh có thể giúp giảm đáng kể con số đó. Và 1,8 tỷ người trên toàn thế giới vẫn thiếu nước uống an toàn tại nhà.
Mohamad Annuar cho biết: “Đó cũng là một thiết kế đơn giản: chỉ trong vài bước, chúng tôi có thể chế tạo một thiết bị hoạt động tốt trên mặt nước từ nhiều nguồn khác nhau”.
Pornrungroj cho biết: “Nó có khả năng chịu đựng các chất ô nhiễm rất tốt và thiết kế nổi cho phép chất nền hoạt động trong nước rất đục hoặc bùn”. “Đó là một hệ thống rất linh hoạt.”
Reisner, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Thiết bị của chúng tôi vẫn là bằng chứng về nguyên tắc, nhưng đây là những loại giải pháp chúng tôi sẽ cần nếu muốn phát triển một nền kinh tế tuần hoàn thực sự và tương lai bền vững”. “Cuộc khủng hoảng khí hậu và các vấn đề xung quanh ô nhiễm và sức khỏe có liên quan chặt chẽ với nhau và việc phát triển một cách tiếp cận có thể giúp giải quyết cả hai vấn đề này sẽ là yếu tố thay đổi cuộc chơi đối với rất nhiều người.”
Nghiên cứu được hỗ trợ một phần bởi chương trình Horizon 2020 của Ủy ban Châu Âu, Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu, Quỹ Tín thác Cambridge, Chương trình Tài trợ Giáo dục Petronas và Chương trình Winton về Vật lý Bền vững. Erwin Reisner là thành viên của trường Cao đẳng St John. Chanon Pornrungroj là thành viên của Cao đẳng Darwin và Ariffin Mohamad Annuar là thành viên của Cao đẳng Clare.
PV (sciencedaily.com)
