Theo nhà nghiên cứu công nghệ năng lượng Peng Wang, ít hơn 20% năng lượng đập vào tấm pin mặt trời được chuyển đổi thành điện năng, có nghĩa là hầu hết năng lượng mặt trời sẽ bị lãng phí. Năng lượng dư thừa có thể khiến bảng điều khiển hoạt động kém hiệu quả hơn.
Các nhà nghiên cứu đã dành nhiều thập kỷ để tìm ra cách sản xuất nhiều điện hơn từ các tấm pin mặt trời, đưa ra các giải pháp như thay thế silicon bằng các chấm lượng tử để thu được nhiều bước sóng ánh sáng hơn.
Nhóm nghiên cứu của Wang tại Đại học King Abdullah ở Ả Rập Xê Út không tập trung vào việc tối đa hóa lượng năng lượng mặt trời thu hoạch, mà là cách sử dụng nhiệt thải để tạo ra nước từ không khí sa mạc.
Wang lấy bằng Tiến sĩ tại Đại học California tại Santa Barbara vào năm 2009, vài tháng sau, Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah mở cửa. Trường đại học này được mô tả là một tổ chức nghiên cứu cách khai thác năng lượng mặt trời, khử muối trong nước và thiết kế di truyền thực vật để tồn tại trong sa mạc khắc nghiệt.
Trường đại học đưa ra lời hứa “tài trợ không giới hạn” để mời Wang về làm việc. Khi đến nơi ở mới, Wang vô cùng ngạc nhiên trước những gì anh thấy ở vùng nông thôn Ả Rập Xê Út.
“Khi bạn đi ra khỏi thành phố và vào các ngôi làng nhỏ, việc cung cấp nước rất khó khăn vì cách duy nhất để có nước là vận chuyển bằng xe tải.”
Môi trường sống này buộc anh ta phải điều chỉnh chương trình nghiên cứu của mình và tìm cách tạo ra nước, thức ăn và năng lượng. Ông muốn đảm bảo những người không được tiếp cận với cơ sở hạ tầng thuận tiện vẫn có thể có “một cuộc sống tốt đẹp”.
Nước ở khắp mọi nơi, nhưng hàng tỷ người vẫn khát
Liên hợp quốc cho biết hơn hai tỷ người không được tiếp cận với các dịch vụ nước uống được quản lý an toàn. Hơn 2,3 tỷ người (30% dân số toàn cầu) quanh năm không được tiếp cận với thực phẩm đầy đủ.
Tuy nhiên, nước – ở dạng hơi – có mặt ở khắp mọi nơi. 37 nghìn tỷ tấn đi qua bầu khí quyển mỗi năm. Vấn đề là việc chuyển đổi hơi nước thành nước lỏng rất khó thực hiện trên quy mô lớn.
Cách đây chưa đầy một năm, các nhà nghiên cứu làm việc tại X, một phòng nghiên cứu thuộc sở hữu của công ty mẹ Alphabet của Google, đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature, tuyên bố rằng với một chút tiến bộ … Với một bộ công nghệ, thu hoạch nước từ khí quyển có thể cung cấp nước sạch cho khoảng một tỷ người.
Thiết bị mà nhóm của Wang phát minh ra có thể góp phần vào mục tiêu cao cả đó.
Sử dụng nguồn nhiệt lãng phí
Phát minh này dựa trên một hydrogel mà nhóm của Wang đã nghiên cứu trong vài năm. Nó có hai yếu tố chính, thứ nhất, có một loại muối hút ẩm, rất hút các phân tử nước. Wang nói: Nếu bạn đặt một nhúm muối này lên bàn, bạn sẽ sớm có một vũng nước, bởi vì muối hút nước từ không khí quá mạnh đến mức nó sẽ tự hòa tan trong nước mà nó bốc lên.
Yếu tố thứ hai là một cấu trúc polyme liên kết với nhau có độ xốp cao, để lại nhiều chỗ cho các phân tử nước đọng lại bên trong.
Kết hợp cả hai với nhau và chúng sẽ có thể hấp thụ và lưu trữ nước.
Một số vật liệu như zeolit, một khoáng chất làm từ silic, nhôm và oxy – có tính chất hút nước tương tự. Vấn đề là không dễ lấy lại nước từ những vật liệu đó. Ví dụ, zeolit phải rất nóng trước khi giải phóng các phân tử nước bị mắc kẹt.
Hydrogel của Wang đặc biệt vì nó cho phép các phân tử nước thoát ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Nhiệt dư từ mặt sau của tấm pin năng lượng mặt trời là quá đủ để thực hiện quá trình thu gom nước.
Sáng chế của Wang có thể hoạt động theo hai cách khác nhau. Ở chế độ làm mát, hydrogel luôn tiếp xúc với không khí. Trong đêm, vật liệu thu thập các phân tử nước. Khi mặt trời làm nóng bảng điều khiển vào ngày hôm sau, các phân tử bay hơi, mang theo nhiệt năng dư thừa.
Wang nói: “Tương tự như vậy, cơ thể con người hạ nhiệt độ bằng cách đổ mồ hôi. Chế độ làm mát không thu thập nước, nhưng nó có thể tăng sản lượng điện của tấm pin mặt trời lên khoảng 10%. “
Trong chế độ sản xuất nước, hydrogel tiếp xúc với không khí vào ban đêm và đóng lại vào ban ngày. Bằng cách đó, nước thoát ra từ hydrogel có thể được đưa vào sử dụng. Nước bay hơi được ngưng tụ trong một buồng.
Vì hiện tại, hệ thống này vẫn chưa thể tạo ra nhiều nước, chỉ đủ để trồng một vài loại rau, nhưng đây là bằng chứng cho thấy phương pháp này có thể thu được nước. Trong quá trình thử nghiệm, tấm pin mặt trời có kích thước như bàn đã tạo ra tổng cộng 1.519 Wh điện và 57 trong số 60 hạt giống rau muống đã nảy mầm và phát triển bình thường đến 18 cm. Tổng cộng, khoảng 2 lít nước đã được cô đặc từ hydrogel trong khoảng thời gian hai tuần.
“Chúng tôi còn một chặng đường dài phía trước vì hiệu suất của hệ thống vẫn chưa được tối ưu hóa. Hy vọng rằng nó sẽ sớm tạo ra tác động thực sự.”
Tác động đó có thể xảy ra ở các trang trại năng lượng mặt trời, thường được đặt ở những nơi mà nước là một nguồn tài nguyên đặc biệt có giá trị. Nhưng đó không phải là cách duy nhất mà công nghệ này có thể được triển khai. Những người sống trong các ngôi làng và các cộng đồng nhỏ trên khắp thế giới có thể được hưởng lợi từ việc có các công nghệ tạo ra hai thứ quan trọng là điện và nước cùng một lúc.
Tham khảo: IE
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
