Thiết bị sản xuất điện mặt trời và sản xuất nước trồng cây

Giản đồ thiết bị WEC2P được triển khai ở  vùng khô hạn. Ảnh: Renyuan Li

Thiết kế chứng minh ý tưởng, được giới thiệu ngày 1/3 trên tạp chí Cell Reports Physical Science, cho thấy một phương pháp bền vững, chi phí thấp cải thiện an ninh lương thực và nước cho những người sống ở các vùng khí hậu khô hạn.

Tác giả Peng Wang, giáo sư khoa học và kỹ thuật môi trường tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) cho biết, thiết kế này tạo ra nước từ không khí, sử dụng năng lượng sạch bị lãng phí và phù hợp với các trang trại quy mô nhỏ, phi tập trung ở những địa bàn xa xôi như sa mạc và đảo đại dương.

Hệ thống sản xuất nước có tên là WEC 2 P, bao gồm một tấm quang điện mặt trời đặt phía trên một lớp hydrogel, gắn trên một hộp kim loại lớn để ngưng tụ và thu nước. Vật liệu này có thể hấp thụ hiệu quả hơi nước từ không khí xung quanh và giải phóng hàm lượng nước khi được làm nóng.

Các nhà nghiên cứu sử dụng nhiệt thải từ các tấm pin mặt trời khi tạo ra điện để đẩy nước hấp thụ ra khỏi hydrogel. Hộp kim loại bên dưới thu hơi và ngưng tụ khí thành nước. Một lợi ích nữa là hydrogel làm tăng hiệu suất của các tấm quang điện mặt trời lên tới 9% hấp thụ nhiệt năng và làm mát tấm pin.

Các tấm pin mặt trời được kết nối với một hộp trồng cây có chứa 60 hạt giống rau chân vịt. Ảnh: Renyuan Li

Nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm trồng cây, sử dụng WEC 2 P ở Ả rập Xê út trong 2 tuần vào tháng 6, khi thời tiết rất nóng. Nhóm chỉ sử dụng nước thu được từ không khí để tưới cho 60 hạt giống rau chân vịt được trồng trong hộp nhựa. Trong quá trình thử nghiệm, tấm pin mặt trời, với kích thước tương tự như mặt bàn học sinh, tạo ra 1.519 watt-giờ điện và 57 trong số 60 hạt rau chân vịt nảy mầm, phát triển bình thường đến 18 cm. Tổng cộng, khoảng 2 lít nước thu được từ hydrogel trong thời gian 2 tuần.

Mục tiêu của nhóm nghiên cứu 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. Để biến thiết kế chứng minh ý tưởng thành một sản phẩm thực tế, nhóm dự định phát triển một loại hydrogel tốt hơn, hấp thụ nhiều nước hơn từ không khí.

Các tấm quang điện mặt trời, sử dụng hydrogel hấp thụ nước bên dưới để giúp giữ mát và tăng hiệu quả sử dụng. Ảnh: Renyuan Li.

Thiết kế này là một hệ thống điện và nước phi tập trung, được sử dụng để thắp sáng và tưới cây cho những khu vực không tiếp cận được nguồn nước sạch, điện lưới và điều kiện khó khăn về kinh tế.