Đột phá công nghệ khử muối mặt trời: Tạo nước ngọt và thu hồi khoáng chất quý

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester (Mỹ) vừa công bố một bước đột phá trong công nghệ xử lý nước, mang lại hy vọng mới cho việc giải quyết khủng hoảng thiếu nước sạch trên toàn cầu.

Hệ thống mới này sử dụng năng lượng mặt trời để biến nước biển thành nước uống, nhưng điểm khác biệt nằm ở chỗ nó không tạo ra nước thải muối đậm đặc (brine) độc hại thường thấy ở các nhà máy khử muối truyền thống.

Thiết bị khử muối mặt trời với tấm kim loại siêu thấm

Công nghệ tấm kim loại khắc laser

Trái tim của hệ thống là các tấm kim loại đen được xử lý bằng laser femtosecond. Quá trình này tạo ra bề mặt có hai tính chất quan trọng: hấp thụ hầu hết ánh sáng mặt trời và khả năng hút nước cực mạnh (superwicking).

Khi một lớp mỏng nước biển được kéo qua tấm pin, ánh sáng mặt trời sẽ làm nước bốc hơi. Quan trọng hơn, các rãnh vi mô trên bề mặt kim loại sẽ dẫn muối và khoáng chất hòa tan ra khỏi khu vực bốc hơi, chuyển chúng sang các khu vực "thụ động" khác của tấm kim loại.

Giải quyết vấn đề tắc nghẽn

Một trong những thách thức lớn nhất của khử muối nhiệt mặt trời là sự tích tụ muối. Nước biển thực tế chứa nhiều khoáng chất như magiê và canxi, khi kết tinh sẽ tạo thành lớp vỏ cứng, làm tắc nghẽn hệ thống.

Giáo sư Chunlei Guo và nhóm của ông đã tận dụng "hiệu ứng vòng tròn cà phê" (coffee ring effect) để giải quyết vấn đề này. Tương tự như việc giọt cà phê khô lại để lại vòng tròn chất cặn ở rìa, thiết bị này hướng các hạt muối di chuyển ra khu vực thụ động trước khi chúng có thể tích tụ và làm hỏng bề mặt hoạt động.

"Nếu bạn làm đổ cà phê lên một bề mặt, cuối cùng nước sẽ bốc hơi và để lại một vòng tròn ở rìa ngoài chứa các hạt cà phê đậm đặc. Chúng tôi sử dụng nguyên lý tương tự để đẩy muối sang khu vực thụ động," Giáo sư Guo giải thích.

Thu hồi khoáng chất quý thay vì thải bỏ

Ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là cách xử lý phụ phẩm. Thay vì xả nước thải muối ra môi trường gây hại cho hệ sinh thái biển, hệ thống này thu hồi gần như toàn bộ muối hòa tan dưới dạng rắn.

Những vật liệu thu hồi này có thể trở thành nguồn tài nguyên quý giá. Ngoài việc sản xuất muối ăn, quy trình có thể giúp chiết xuất các khoáng chất quan trọng như lithium - nguyên liệu chính cho pin ion lithium dùng trong xe điện và thiết bị điện tử tiêu dùng.

Trong một nghiên cứu liên quan, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng tách lithium từ các loại muối khác bằng cách nhúng các hạt nano titanat hydro vào các rãnh vi mô. Họ đã thử nghiệm thành công với nước từ Đại hồ Muối ở Utah (Mỹ), thu hồi khoảng 50% lithium có trong muối còn lại sau khử muối.

Tiềm năng ứng dụng trong tương lai

Mặc dù hiện tại công nghệ mới chỉ được chứng minh ở quy mô nguyên mẫu, các nhà nghiên cứu tin rằng phương pháp này có thể được mở rộng quy mô đáng kể. Nếu thành công, hệ thống không chỉ giúp tăng cường tiếp cận nước uống sạch mà còn tạo ra nguồn cung cấp khoáng chất bền vững hơn cho ngành công nghiệp công nghệ.

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ, Quỹ Bill & Melinda Gates và Mạng lưới Các trường Đại học Toàn cầu.