Khan hiếm nước là một trong những vấn đề cấp bách nhất của nhân loại. Giờ đây, các kỹ sư tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã phát triển một hệ thống mới có thể đảm nhận hai nhiệm vụ trong khai thác nước ở hai nguồn khác nhau để sản xuất nước ngọt, đó là lọc sạch nước bẩn vào ban ngày và thu thập các giọt nước từ sương mù vào ban đêm.
Nước có rất nhiều trên trái đất nhưng chỉ một phần nhỏ trong số đó có thể uống được. Một lượng lớn nước khác không thể sử dụng là do nó lơ lửng trong không khí, có độ mặn khi ở các đại dương rộng lớn hoặc bị ô nhiễm không thể uống.
Trước sức ép ngày càng lớn của con người đối với nguồn nước ngọt hiện tại, các nhà khoa học đã và đang tìm cách khai thác các nguồn nước đã từng được cho là không thể sử dụng được trên. Theo đó, một loạt các thiết bị đã ra đời để tách nước ra khỏi không khí bằng cách sử dụng các vật liệu xốp thu giữ các phân tử nước. Trong khi đó, một số hệ thống khác sử dụng ánh sáng mặt trời để làm bay hơi nước bẩn, sau đó thu giữ hơi nước và cô đọng lại ở bể chứa.
Màng hydrogel được lót bằng một loạt các "cây siêu nhỏ" thu hoạch nước từ không khí
Mới đây, nhóm nhà nghiên cứu tại Caltech đã kết hợp cả hai chức năng này vào một thiết bị. Điểm đặc biệt của thiết bị này là có một màng hydrogel với một mô hình kích thước nano được khắc vào đó. Bề mặt của thiết bị được gắn một loạt các cấu trúc nhỏ (gọi là “cây siêu nhỏ”) được mô phỏng theo các gai của cây xương rồng, chúng được làm bằng vật liệu ưa nước có tác dụng thu hút nước.
Ye Shi, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: Các loài xương rồng có cách thích nghi độc đáo để tồn tại trong điều kiện khí hậu khô hạn. Với thiết bị của chúng tôi, những chiếc gai này giống với “cây siêu nhỏ”, có thể hút những giọt nước cực nhỏ lơ lửng trong không khí. Nước sau khi được hút sẽ chảy từ thân cây xuống gốc cây, sau đó kết hợp với những giọt khác thành những giọt nước có kích cỡ lớn hơn, rồi tụ lại thành một bể chứa nước có thể sử dụng được.
Khi màng hydrogel được đặt trong hộp, vào ban ngày, nó hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời, làm nóng nước bẩn bên dưới màng. Sau đó hơi nước đọng lại trên một nắp trong suốt và chạy vào một bể chứa. Vào ban đêm, lớp phủ này có thể được tháo ra để lớp màng tiếp xúc với sương mù từ bên ngoài, từ đó thu giữ nước.
Các nhà khoa học đã thử nghiệm hệ thống này bằng cách sử dụng các màng hydrogel có kích thước từ 55 - 125cm2. Kết quả cho thấy, vào ban ngày vật liệu này có thể thu được khoảng 125ml nước từ nước được lọc thông qua ánh sáng mặt trời và khoảng 35ml nước từ sương mù qua đêm. Tính tổng lượng nước thu được của một ngày có thể lên tới 34l nước trên 1m2 vật liệu.
Nghiên cứu này đã mở ra một hướng đi mới trong khai thác và tái sử dụng nguồn nước hiện nay. Các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để có thể mở rộng quy mô của dự án ra thực tế.