Atoco biến khí thải nóng từ trung tâm dữ liệu AI thành nước sạch

Một startup tại California đang phát triển công nghệ thu nước từ không khí bằng vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) mà không cần dùng đến điện lưới. Điểm đặc biệt nằm ở chỗ thiết bị này chỉ cần nhiệt thải công nghiệp ở mức thấp — nguồn nhiệt dồi dào mà các trung tâm dữ liệu AI đang thải ra mỗi ngày. Nếu thành công, đây có thể là lời giải cho bài toán kép về nhiệt thải và tiêu thụ nước của ngành hạ tầng AI.

Từ vật liệu đoạt giải Nobel đến cỗ máy giữa bãi đỗ xe

Tại khu công nghiệp ở Irvine, bang California, giữa cái nắng tháng Chín oi ả, một cỗ máy kim loại cao khoảng 6 mét đang lặng lẽ hoạt động. Các kỹ sư mở tấm panel để kiểm tra hệ thống, còn chiếc iPad hiển thị một đường biểu diễn đang tăng dần — dấu hiệu cho thấy thiết bị đang hút nước từ không khí.

Thiết bị thu nước từ không khí của Atoco đặt tại Irvine, California

Công nghệ cốt lõi đến từ MOF (metal organic frameworks — khung hữu cơ kim loại), thành tựu giúp nhà sáng lập công ty Omar Yaghi đoạt giải Nobel Hóa học năm 2025. MOF kết hợp vật liệu hữu cơ với các ion kim loại để tạo thành cấu trúc phân tử ổn định, có khả năng hấp thụ một lượng lớn phân tử khác bên trong.

Theo Seth Cohen, trưởng khoa Khoa học Vật lý tại Đại học UC Irvine, cấu trúc MOF trông giống như "một giàn leo trong sân chơi trẻ em". Ông ví chúng như những "miếng bọt biển phân tử" — vật liệu rắn có khả năng hấp thụ phân tử cực tốt và có thể bị "vắt" ra bằng nhiệt.

"Một gram MOF có thể trải rộng tới hai sân bóng đá. Chúng có thể chứa hydro để tạo năng lượng sạch, hoặc chứa CO2 để làm sạch không khí. Trong trường hợp này là chứa nước", Yaghi giải thích.

Không cần điện, chỉ cần nhiệt thải

Điểm khác biệt của phiên bản công nghệ mới lần này nằm ở chỗ nó không cần kết nối lưới điện, thậm chí không cần điện để thu nước ở cấp độ vi mô. Thay vào đó, thiết bị chỉ dùng nhiệt công nghiệp ở mức thấp để giải phóng nước khỏi vật liệu.

Khi không khí đi qua lớp MOF, các phân tử nước bị giữ lại trong lỗ xốp. Điều đáng chú ý là vật liệu này vẫn khô ráo hoàn toàn khi chạm vào, kể cả khi đã bão hòa, và bóp mạnh cũng không rỉ ra giọt nước nào. Công ty phải dùng nhiệt để giải phóng các phân tử bị giữ lại.

Theo Taha, các MOF trong thiết bị có thể thu và nhả nước chỉ với nhiệt độ thấp tới 38 độ C (100 độ F). Điều này đồng nghĩa thiết bị có thể vận hành ngay cả khi độ ẩm tương đối chỉ ở mức vài chục phần trăm.

Trong buổi trình diễn, đội ngũ Atoco mô phỏng nguồn nhiệt từ trung tâm dữ liệu bằng cách dẫn nhiệt từ một nguồn khoảng 65 độ C. Một tấm pin mặt trời cấp điện cho các hệ thống phụ trợ, nhưng bản thân quá trình thu nước không cần điện. Cỗ máy hoạt động êm đến mức tiếng ô tô chạy vào khu bên cạnh còn gây ồn hơn.

Kỹ sư Atoco kiểm tra hệ thống vật liệu MOF trong thiết bị thu nước

Lời giải cho bài toán kép của trung tâm dữ liệu AI

Theo CEO Samer Taha, khoảng 70% nhiệt thải công nghiệp là loại nhiệt cấp thấp, hiện không được tận dụng mà bị xả thẳng ra môi trường hoặc đại dương. Nếu chuyển hóa nguồn nhiệt này thành nước sạch, con số có thể lên tới hàng nghìn tỷ lít.

Các trung tâm dữ liệu chính là nguồn thải nhiệt ngày càng lớn, với một cơ sở đơn lẻ có thể tỏa nhiệt tương đương hàng chục nghìn hộ gia đình. Nhà vận hành buộc phải xả nhiệt ra môi trường xung quanh, tạo ra hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, đồng thời phải chi tiền cho các hệ thống làm mát. Nhiều hệ thống trong số đó lại tiêu thụ nước, có khi lên tới hàng triệu gallon mỗi ngày.

Công nghệ của Atoco vì thế giải quyết cùng lúc hai vấn đề: thu nhiệt thải mà trung tâm dữ liệu đang cố loại bỏ, và trả lại nước sạch — chính nguồn tài nguyên mà các cơ sở này tiêu tốn rất nhiều.

"Chúng tôi thực sự muốn nguồn nhiệt đó, chúng tôi cần nó. Chúng tôi trả lại cho bạn nước — cũng chính là thứ đang gây ra vấn đề", Taha nói.

Đáng chú ý, Microsoft, Google và Amazon Web Services đều đã cam kết trở thành "water positive" — tức trả lại cho cộng đồng nhiều nước hơn lượng họ sử dụng — vào năm 2030. Đây là tín hiệu cho thấy thị trường tiềm năng đang hình thành.

Thách thức về quy mô và chi phí

Nguyên mẫu tại bãi đỗ xe của Atoco có thể tạo ra tối đa 300 lít nước mỗi ngày, vận hành nhờ nguồn nhiệt tương đương một trung tâm dữ liệu công suất 20 kW. Công ty đang hướng tới sản phẩm thương mại có thể đạt 1.000 lít mỗi ngày, và hình dung các trung tâm dữ liệu sẽ dùng nhiều thiết bị xếp thành hệ thống dạng lưới.

Tuy nhiên, các siêu trung tâm dữ liệu (hyperscale) lớn hơn nhiều bậc về quy mô — vừa là cơ hội, vừa là thách thức lớn. Atoco cho biết đã triển khai 5 dự án thử nghiệm có kết nối lưới điện với đối tác tại Mỹ và khu vực Hội đồng Hợp tác vùng Vịnh, đồng thời đặt mục tiêu bắt đầu nhận đơn hàng cho sản phẩm đầu tiên vào cuối năm nay. Công ty tiết lộ đang đàm phán với các ông lớn công nghệ về dự án thí điểm tại trung tâm dữ liệu, nhưng từ chối nêu tên đối tác cũng như mức giá dự kiến.

Về chi phí, Taha cho biết công ty có thể sản xuất nước với giá 5 USD mỗi tấn, cạnh tranh được với các nhà máy khử muối cũ. Song các cơ sở khử muối mới hơn có thể đưa giá xuống 2 USD/tấn, thậm chí thấp hơn — mục tiêu mà Atoco còn cách 3 đến 5 năm nữa.

Ngoài ra, chuyên gia Cohen lưu ý rằng MOF tuy có tiềm năng lớn nhưng không phải giải pháp vạn năng cho mọi nơi. Nếu không có nguồn nhiệt bên ngoài, ngay cả những MOF được thiết kế tốt nhất vẫn cần năng lượng để vắt nước ra — điều này đặc biệt khó khăn ở khu vực nông thôn, nơi hạ tầng năng lượng thường thiếu thốn. Bản thân MOF cũng là công nghệ tiên tiến chưa được kiểm chứng ở quy mô lớn.

Từ khan hiếm đến dư thừa

Dù vậy, công nghệ này đã giải quyết được những bài toán không nhỏ. Với Yaghi, câu chuyện mang ý nghĩa cá nhân sâu sắc: khi còn nhỏ, ông lớn lên trong cảnh tị nạn Palestine tại Jordan và là người chịu trách nhiệm hứng đầy các bình chứa nước cho gia đình mỗi khi xe giao nước tới hai tuần một lần.

Trải nghiệm đó, theo ông, "khiến bạn trân trọng sự khan hiếm". Giờ đây, nhà khoa học đoạt giải Nobel tin rằng công nghệ MOF có thể đưa thế giới từ tình trạng thiếu nước sang dư thừa — nơi mỗi người có thể kiểm soát nguồn nước của chính mình. Với các trung tâm dữ liệu AI đang bùng nổ, bài toán tưởng chừng thuần túy môi trường này bỗng trở thành cơ hội kinh doanh đáng chú ý cho một startup tiên phong.