Bài học rút ra chính
- Các nhà khoa học đã phát minh ra một hệ thống khép kín sử dụng các tấm pin mặt trời thông thường để tạo ra cả điện và nước.
- Hệ thống sử dụng một loại hydrogel đặc biệt chuyên thu thập hơi nước từ khí quyển.
-
Nước được sử dụng để tưới cây và làm mát bảng điều khiển, do đó tăng hiệu quả của chúng.
Các tấm pin mặt trời cung cấp một lựa chọn tuyệt vời để tạo ra năng lượng xanh và các nhà nghiên cứu hiện đã tìm ra cách để làm cho chúng hữu ích hơn nữa.
Một nhóm các nhà khoa học đã tạo ra một hệ thống khép kín sử dụng năng lượng mặt trời không chỉ sử dụng các tấm pin mặt trời để tạo ra năng lượng mà còn sử dụng nhiệt dư thừa để tạo ra nước từ không khí.
"Cải thiện [hiệu suất] của các nhà máy điện mặt trời là nhu cầu hàng ngày", Sunil Mysore, người sáng lập và Giám đốc điều hành tại công ty khởi nghiệp bảo tồn nước và năng lượng thay thế, Hinren Engineering, nói với Lifewire qua LinkedIn. "Đây sẽ là một phát minh mang tính bước ngoặt trong ngành công nghiệp quang điện và sẽ đi một chặng đường dài trong việc đảm bảo tính bền vững trong chu trình nước-năng lượng-dinh dưỡng."
Thể thao dưới nước
Được dẫn dắt bởi Peng Wang, giáo sư khoa học và kỹ thuật môi trường tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST), Ả Rập Xê Út, các nhà khoa học đã đặt các tấm pin mặt trời thông thường trên đỉnh một hydrogel đặc biệt có thể thu gom hơi nước trong không khí. Khi nhiệt dư thừa từ các tấm pin truyền đến gel, nó sẽ giải phóng hơi nước vào một chiếc hộp, sau đó nó sẽ ngưng tụ thành những giọt nước.
Để kiểm tra khái niệm này, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một phiên bản nguyên mẫu của hệ thống của họ và đưa nó qua các bước của nó trong ba lần thử nghiệm vào các thời điểm khác nhau trong năm. Trong hai tuần vào thời điểm nóng nhất trong năm, hệ thống đã tạo ra 1,519 watt-giờ điện và khoảng hai lít nước từ không khí. Hai lít đó được dùng để tưới 60 hạt rau muống trồng trong hộp nhựa và các nhà nghiên cứu ghi nhận rằng 57 hạt trong số đó đã nảy mầm và phát triển bình thường.
Trong một tuyên bố, Wang lưu ý rằng các nhà khoa học muốn sử dụng hệ thống cung cấp năng lượng và nước với giá rẻ để giúp hàng triệu người sống ngoài lưới điện, đặc biệt là ở những vùng xa xôi và đặc biệt là khí hậu khô hạn.
Đó là một mục tiêu xứng đáng khi Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính rằng hơn hai tỷ người không được tiếp cận với các dịch vụ nước uống được quản lý an toàn. Trên thực tế, một báo cáo năm 2019 từ Our World In Data đã phát hiện ra rằng nước không hợp vệ sinh dẫn đến hơn một triệu ca tử vong mỗi năm.
"Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một hệ thống tích hợp năng lượng sạch, nước và sản xuất thực phẩm, đặc biệt là phần tạo nước trong thiết kế của chúng tôi, giúp chúng tôi khác biệt với quang điện nông nghiệp hiện tại", Wang lưu ý.
Ít lãng phí hơn
Ngoài việc sử dụng nhiệt để giữ nước trong khí quyển, các nhà khoa học lưu ý rằng hydrogel cũng giúp tăng hiệu quả của các tấm pin mặt trời.
Theo Mysore, ít hơn 20% năng lượng chiếu vào tấm pin mặt trời được biến thành điện. Phần còn lại bị biến thành nhiệt, dẫn đến việc các tấm pin trở nên kém hiệu quả hơn.
Hệ thống củaWang giúp giải quyết vấn đề này bằng cách hoạt động ở hai chế độ. Ở chế độ làm mát, hydrogel luôn tiếp xúc với không khí trong khí quyển. Vào ban đêm, nó thu thập các phân tử nước, khi được đun nóng vào ngày hôm sau, bay hơi và lấy nhiệt thừa từ bảng điều khiển, làm giảm nhiệt độ của chúng.
"Đó là cách cơ thể con người giảm nhiệt độ bằng cách đổ mồ hôi," Wang nói. Chế độ làm mát không thu thập bất kỳ nước nào, nhưng theo các nhà nghiên cứu, nó có thể giúp tăng sản lượng điện của bảng điều khiển năng lượng mặt trời lên khoảng 10%.
Jordan Macknick, nhà phân tích Năng lượng-Nước-Đất hàng đầu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), nói với Lifewire qua email rằng nghiên cứu của Wang có thể cung cấp một giải pháp có ý nghĩa để giải quyết đồng thời các thách thức về tiếp cận năng lượng, nước và thực phẩm trong các khu vực thiếu cơ sở hạ tầng trên khắp thế giới.
"Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức liên quan đến yêu cầu sử dụng đất của các công nghệ này trong bối cảnh chúng có thể sản xuất bao nhiêu nước trong một khu vực nhất định, điều này có thể hạn chế tiềm năng của chúng trong việc mở rộng quy mô cho các ứng dụng lớn hơn", nhận xét Macknick.
Để biến thiết kế bằng chứng về ý tưởng thành một sản phẩm thực tế, nhóm dự định tạo ra một loại hydrogel tốt hơn có thể hấp thụ nhiều nước hơn từ không khí trước khi đưa hệ thống vào sử dụng trong thế giới thực.
"Đảm bảo mọi người trên Trái đất đều được sử dụng nước sạch và năng lượng sạch giá cả phải chăng là một phần của Mục tiêu Phát triển Bền vững do Liên hợp quốc đặt ra", Wang lưu ý. "Tôi hy vọng thiết kế của chúng tôi có thể là một hệ thống cấp điện và nước phi tập trung để thắp sáng các ngôi nhà và tưới cây."
