Thiết bị hút ánh sáng mặt trời để tạo ra hơi nước siêu nóng

Viện Nghiên cứu Massachussetts (MIT) vừa tiến triển một thiết bị hút sức nóng từ ánh sáng mặt trời để đun sôi nước và tạo ra hơi nước “siêu nóng” trên 100 độ C mà không cần bất cứ thiết bị quang học đắt tiền nào.

Vào các ngày số đông nắng, thiết bị này có khả năng thụ động tạo ra hơi nước đủ nóng để khử trùng các thiết bị y tế, đun nấu thức ăn và nhiều lợi ích khác. Hơi nước nóng này cũng được ứng dụng cung cấp nhiệt cho những quy trình công nghiệp, hoặc được ngưng tụ lại làm nước uống tinh khiết.

Những nhà nghiên cứu trước đây đã phát triển được một thiết bị giống bọt biển, cho nổi trên thùng chứa nước và biến nước ngấm vào miếng bọt đó thành hơi. Nhưng kỹ thuật này lại xuất hiện một vấn đề đó là những chất gây nên ô nhiễm trong nước làm cho thiết bị rất nhanh hỏng. Trong khi loại thiết bị mới được treo nổi trên mặt nước nên không bị những chất dẫn đến ô nhiễm phá hại.

Hơi nước nhiệt độ cao có khả năng được dùng để đun nấu, làm sạch hoặc khử trùng các thiết bị y tế tại những khu vực xa xôi hẻo lánh. (Ảnh MIT).

Thiết bị có kích thước và độ dày tương đương với một chiếc máy tính bảng cỡ nhỏ và có hình giống như một chiếc bánh sandwich. Mặt trên của thiết bị được làm từ hợp chất gốm kim loại - một loại vật liệu có tính năng hấp thụ nhiệt mặt trời khá tốt, trong khi mặt dưới lại được làm từ bọt cacbon dạng thị lực lưới giúp tỏa nhiệt xuống nước phía dưới hiệu quả.

Một khi nhiệt độ trong nước đạt 100 độ C, nó sẽ tỏa hơi và bay ngược lên trên qua một lớp giữa được làm từ chất liệu giống bọt nhựa. Tại đây, hơi nước tiếp tục được làm nóng quá nhiệt độ sôi, trước khi được bơm qua một ống đơn.

“Đây hoàn toàn là một hệ thống làm nóng thụ động - tức là người dùng chỉ cần đặt thiết bị ngoài trời để hấp thụ ánh sáng mặt trời. Họ có khả năng sử dụng thiết bị này để tạo ra đủ nước uống cho một gia đình, hoặc khử trùng thiết bị y tế cho một phòng phẫu thuật”, ông Thomas Cooper, phó giáo sư về biện pháp cơ học, đại học York cho nhận thấy.

Đầu tiên những nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị trong phòng thí nghiệm, sử dụng một thiết bị mô phỏng các đặc điểm của ánh sáng mặt trời với những cường độ khác nhau. Họ cho rằng rằng thiết bị này có thể đun nóng một bể nước nhỏ lên tới nhiệt độ sôi và tạo ra hơi nước tại nhiệt độ 122 độ C, dưới những cơ hội tương tự như một ngày nắng bình thường. Khi các nhà nghiên cứu tăng cường độ ánh nắng lên 1,7 lần, họ hiểu thiết bị này bên cạnh đó còn tạo ra hơi nước nóng lên tới 144 độ C.

Tháng 10/2017, nhóm các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị này trên mái tòa nhà số 1 của MIT. Đó là một ngày rất nhiều nắng và để tăng cường độ ánh nắng mặt trời, những nhà nghiên cứu đã lắp đặt một bộ hấp thụ ánh nắng mặt trời đơn giản - một chiếc gương lồi giúp thu và điều hướng cho đa số ánh nắng vào thiết bị hơn.

Với cách này, thiết bị có thể tạo ra hơi nước lên tới 146 độ C trong vòng 3,5 giờ. Trong những thí nghiệm tiếp theo, nhóm nghiên cứu còn tạo ra được hơi nước từ nước biển mà hoàn toàn không có những tinh thể muối làm mờ bề mặt thiết bị. Trong những thí nghiệm khác, họ còn có thể thu và ngưng tụ hơn nước trong một bình đựng để thu nước uống tinh khiết.

“Thiết bị mới này đã thực sự giải quyết được các nhược điểm của các thiết bị trước đây. Bây giờ, chúng tôi đang cố gắng để tăng hiệu suất và cải tiến thiết bị hơn nữa. Còn một số điểm cần điều trị và chúng tôi hy vọng sẽ tạo ra được một thiết bị hoàn hảo nhất”, ông Gang Chen, giáo sư biện pháp điện, thuộc MIT cho nhận thấy.