Độc đáo sơn lạnh thu nước sạch từ không khí

Trong vài thập niên gần đây, thế giới đang chứng kiến vòng xoáy kép của khủng hoảng nước sạch và biến đổi khí hậu. Hạn hán lan rộng, mực nước ngầm sụt giảm, trong khi các đô thị phải gồng mình chống lại hiệu ứng "đảo nhiệt" ngày càng nghiêm trọng.

Trong khi đó, các giải pháp làm mát truyền thống từ điều hòa không khí, đến hệ thống phun nước lại tiêu tốn năng lượng và tài nguyên quý giá. Giữa bức tranh ấy, những công nghệ vật liệu mới có khả năng giải nhiệt mà không cần điện hay nước đang được xem là cứu cánh. Mới đây nhóm nghiên cứu tại Đại học Sydney công bố nghiên cứu một loại sơn đặc biệt có thể làm mát bề mặt và thu gom nước từ không khí, mở ra triển vọng về một hướng đi bền vững cho tương lai khát nước và nóng lên toàn cầu.

Bản chất của phát minh nằm ở lớp phủ polymer xốp được thiết kế tinh xảo. Về mặt làm mát, lớp sơn này hoạt động như một chiếc gương phản xạ nhiệt tối ưu, có khả năng phản chiếu tới 97% ánh sáng mặt trời chiếu vào và đồng thời bức xạ nhiệt ra ngoài không gian một cách hiệu quả. Cơ chế này cho phép bề mặt được phủ duy trì nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ không khí xung quanh tới 6^oC, ngay cả dưới ánh nắng gay gắt ban ngày.

Việc làm mát thụ động này đã tạo ra điều kiện hoàn hảo để kích hoạt chức năng thứ hai đó chính là sự ngưng tụ hơi nước trong khí quyển. Giáo sư Chiara Neto, người đứng đầu nhóm nghiên cứu từ Viện Nano và Trường Hóa học Đại học Sydney giải thích rằng quá trình này giống như cách hơi nước đọng lại thành giọt trên gương phòng tắm sau khi bạn tắm nước nóng. Bằng cách hạ nhiệt độ bề mặt xuống dưới điểm sương của không khí xung quanh, hơi nước tự nhiên được thu hút và chuyển hóa thành nước lỏng.

Để kiểm chứng hiệu suất của công nghệ này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một nghiên cứu kéo dài sáu tháng tại địa điểm thực tế, cụ thể là trên mái của Trung tâm Khoa học Nano Sydney. Trong suốt giai đoạn thử nghiệm này, dữ liệu về khả năng làm mát và thu thập nước đã được ghi lại chi tiết theo từng phút, xác nhận tính ổn định và hiệu suất mạnh mẽ của vật liệu. Kết quả cho thấy vật liệu này có thể thu được sương trong hơn 32% thời gian của năm, chứng tỏ khả năng cung cấp nước ổn định và có thể dự đoán được, ngay cả trong những giai đoạn không có mưa.

Điều đáng chú ý là công nghệ này duy trì hiệu suất không hề suy giảm dưới ánh nắng khắc nghiệt của Úc, một vấn đề mà các công nghệ tương tự trước đây thường gặp phải. Ở điều kiện hoạt động tối ưu, các lớp phủ có thể thu hoạch được một lượng ấn tượng, lên đến 390ml nước mỗi ngày trên mỗi mét vuông bề mặt.

Những con số này mang lại một triển vọng đầy hứa hẹn. Theo tính toán của các nhà khoa học, một bề mặt chỉ cần rộng khoảng 12 mét vuông được phủ bằng lớp vật liệu này có thể cung cấp đủ lượng nước uống hàng ngày cho một người trưởng thành. Đây là một giải pháp cực kỳ tiềm năng cho các khu vực nông thôn hoặc vùng sâu vùng xa đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nước. Giáo sư Neto nhấn mạnh công nghệ này không chỉ thúc đẩy khoa học về lớp phủ mái nhà mang lại sự mát mẻ, mà còn mở ra cánh cửa cho các nguồn nước ngọt bền vững, chi phí thấp và phi tập trung.

Trong bối cảnh nguồn nước truyền thống ngày càng căng thẳng do dân số tăng và các hình thái thời tiết cực đoan, việc tích hợp khả năng làm mát và thu hoạch nước vào một vật liệu giống như sơn cho thấy một hướng đi mới đầy thực tiễn cho việc sử dụng trên quy mô lớn.

Đáng chú ý hơn, sức hấp dẫn lớn nhất của công nghệ này nằm ở tính thụ động hoàn toàn của nó. Không giống như các máy phát điện nước khí quyển (AWG) hiện đại thường yêu cầu nguồn điện đáng kể để chạy máy nén lạnh hoặc các vật liệu hút ẩm chuyên biệt, lớp phủ nano này chỉ cần ánh sáng mặt trời để hoạt động theo nguyên lý vật lý cơ bản. Điều này giúp giảm thiểu chi phí vận hành đến mức tối đa và cho phép triển khai ở những nơi không có lưới điện hoặc nguồn năng lượng không ổn định.

Với khả năng tích hợp đơn giản vào các vật liệu xây dựng hiện có, chỉ cần sơn lên mái nhà hoặc tường, "sơn lạnh thu nước" hứa hẹn sẽ trở thành một công cụ quan trọng, chi phí thấp, giúp các thành phố chống chọi lại cái nóng và cung cấp nước uống an toàn cho hàng triệu người trên thế giới.

Phát minh này là một minh chứng rõ ràng cho sức mạnh của khoa học vật liệu nano trong việc giải quyết những thách thức lớn nhất của nhân loại. Nó chứng minh rằng, bằng cách mô phỏng và tối ưu hóa các quá trình tự nhiên như ngưng tụ sương, chúng ta hoàn toàn có thể tìm ra những giải pháp kỹ thuật thông minh, ít tác động đến môi trường để đảm bảo tương lai bền vững hơn về cả năng lượng và tài nguyên nước.