Hệ thống không yêu cầu bất kỳ đầu vào năng lượng bổ sung nào. Nhờ đó, công nghệ này phù hợp để được ứng dụng ở các vùng xa xôi hoặc đang phát triển.
Giải quyết vấn đề cũ
Nước thực sự ở xung quanh chúng ta trong không khí. Tuy nhiên, phần lớn, chúng ta không thể tiếp cận được. Có hàng loạt phương pháp giúp thu nước từ không khí. Nhiều phương pháp sử dụng vật liệu hoặc cấu trúc vi mô có diện tích bề mặt cao để giữ các phân tử nước.
Sau đó, giải phóng chúng khi được ánh sáng mặt trời chiếu vào. Trong khi đó, một số phương pháp yêu cầu nguồn điện bên ngoài để sưởi ấm.
Tuy nhiên, những phương pháp này không thường xuyên dựa vào sự dao động nhiệt độ trong một chu kỳ ngày và đêm. Vì vậy, chúng không thể hoạt động 24/24. Thiết bị mới của nhóm ETH được phát minh nhằm giải quyết cả hai vấn đề đó.
Theo một cách nào đó, thiết bị này trái ngược với thùng lọc nước mặt trời. Về cơ bản, nó là một hộp lớn được thiết kế để tự hạ nhiệt đáng kể so với môi trường bên ngoài. Nhờ đó, giúp hơi nước ngưng tụ dễ dàng hơn.
Thông qua kỹ thuật quang phổ thích hợp, nhóm nghiên cứu có thể đạt được khả năng làm mát bức xạ của các bề mặt dưới nhiệt độ môi trường ngay cả vào ban ngày. Quá trình được thực hiện bằng cách hạn chế sự hấp thụ ánh sáng Mặt trời, trong khi tối đa hóa các đặc tính phát xạ trong phạm vi IR.
Trên cơ sở này, nhóm nghiên cứu tạo ra sự tăng cường ngưng tụ trong hệ thống lọc nước bằng năng lượng Mặt trời. Trong đó, hơi nước quá nhiệt (hơi nước ở nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh) được chủ động bơm đến bình ngưng.
Trước đó, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc tối ưu hóa các đặc tính phát xạ và cơ sở chế tạo vật liệu làm mát ban ngày. Tuy nhiên, họ ít chú trọng đến khía cạnh kiểm soát hiệu quả sự tương tác vốn có của môi trường bức xạ xung quanh và bề mặt bộ phát xạ. Hơn nữa, các ứng dụng ngưng tụ hiện tại có đặc tính làm ướt bên trong. Do đó, nước ngưng tụ vẫn tồn tại trên bề mặt và cần được loại bỏ.
Hoạt động 24/24
Các nhà nghiên cứu cho biết đã tối ưu hóa hệ thống mới bằng cách sử dụng sự cân bằng hợp lý. Thiết bị làm mát môi trường xung quanh trong khi duy trì công suất làm mát cao, ngay cả khi đạt đến nhiệt độ mong muốn.
Để đạt được điều này, nhóm nghiên cứu không chỉ tính đến quang phổ, mà còn sự phụ thuộc không gian của nhiệt bức xạ trong khí quyển. Thiết bị có sự tác động qua lại của việc làm mát môi trường xung quanh và duy trì công suất làm mát.
Do đó, thiết bị có thể thu hoạch nước vào ban ngày mà không cần dòng chảy cưỡng bức hoặc không khí quá bão hòa đã sử dụng trước đó. Hệ thống phát bức xạ nhiệt tới không gian thông qua cửa sổ trong suốt có bước sóng 8 - 13 μm. Thiết bị đồng thời có tất cả chế độ truyền nhiệt, bao gồm với môi trường bức xạ xung quanh.
Quá trình này bắt đầu với tính năng nổi bật nhất của thiết bị - một hình nón lớn trên đỉnh. Công cụ này hoạt động như một lá chắn bức xạ, làm lệch hướng nhiệt xung quanh trong không khí. Đồng thời, ngăn ánh sáng Mặt trời chiếu vào bề mặt trên của hộp.
Bề mặt này được áp dụng một số thủ thuật riêng để giữ mát. Các nhà khoa học đã tạo thành bề mặt thiết bị từ một tấm kính phủ nhiều lớp polyme và bạc được thiết kế đặc biệt. Từ đó, cho phép nó phản xạ ánh sáng Mặt trời để ngăn sự nóng lên. Thay vào đó, nhiệt mà bề mặt hấp thu được phát ra trong một bước sóng hồng ngoại. Như vậy, nhiệt sẽ đi qua bầu không khí và thoát vào không gian.
Theo các nhà nghiên cứu, kết quả cuối cùng là chiếc hộp này có thể mát hơn nhiệt độ bên ngoài 15 độ C (27 độ F). Mức nhiệt này tạo ra điều kiện lý tưởng cho sự ngưng tụ ở một bề mặt đặc biệt trên trần bên trong hộp. Bề mặt này được phủ một lớp vật liệu siêu kỵ nước có tác dụng đẩy nước. Từ đó, để nước đọng thành giọt và rơi vào thùng chứa bên dưới.
Chức năng của bề mặt siêu kỵ nước là ngăn chặn sự ngưng tụ của màng. Thay vào đó, tăng cường sự ngưng tụ từng giọt. Dẫn đến việc tự loại bỏ nước nhanh chóng và dễ dàng. Tính năng này cho phép hệ thống thu gom nước trong khí quyển mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào từ người dùng.
Trong hệ thống thử nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể thu thập 4,6 ml (0,2 oz) nước mỗi ngày, sử dụng bề mặt rộng 10 cm (3,9 inch). Nếu mở rộng quy mô, nhóm nghiên cứu cho biết, con số này sẽ lên khoảng 1,3 L (0,3 gal) mỗi ngày trên 1 mét vuông (10,7 sq ft).
Song, đây không phải là năng suất lớn nhất từng được thấy từ một máy thu hoạch nước như vậy. “Người thắng cuộc” vẫn thuộc về một thiết kế của Đại học Johns Hopkins (Mỹ), với khả năng tạo ra 8,66 L (2,3 gal) một ngày trên mỗi kg vật liệu.
Năng suất của thiết bị mới cũng tương tự các công cụ khác gần đây. Tuy nhiên, điểm khác là thiết bị cũ yêu cầu nguồn điện. Trong khi đó, thiết bị mới hoạt động hoàn toàn riêng biệt.
Điều đó có nghĩa là, thiết bị có thể được đặt ở bất cứ nơi nào cần thiết. Chúng có thể hoạt động, sản xuất nước 24/24 mà không cần tốn nhiều công sức.
