Thiết bị lọc nước lấy cảm hứng từ cây ngập mặn

Cây ngập mặn, giống như nhiều loại cây khác, có một cơ chế vận chuyển nước trong thân cây dựa trên sức ép bề mặt. Trong đó, sự thoát hơi ẩm trên bề mặt lá tạo áp lực lên các mô tạo nước, giúp hút nước từ rễ lên thân cây.

Khác với phần lớn các loại cây khác, cây ngập mặn có thể sống trong môi trường nước có hàm lượng muối cao. Qua quá trình thích ứng, các màng tế bào và chất sáp trong thành tế bào cây ngập mặn có khả năng ngăn chặn và kiểm soát không cho muối xâm nhập và hút nước trong tế bào. Nhờ cơ chế này, cây ngập mặn thậm chí còn khử muối cho môi trường nước xung quanh chúng.

Theo công trình nghiên cứu trên Science Advances, các nhà khoa học cho biết đã mô phỏng lại quá trình này bằng một thiết bị tổng hợp. Trong đó, một màng polyme sẽ đóng vai trò lọc muối giống như rễ cây, và một màng lọc silica xốp khác sẽ đóng vai trò như thân cây, còn “lá” sẽ là một màng bơm hydrogel hoặc nhôm (III) oxit mô phỏng các lỗ thoát hơi siêu nhỏ.

Trong thử nghiệm, chỉ cần một lượng nước bay hơi nhỏ đã có thể tạo ra áp suất âm lớn đủ để dẫn dòng nước chảy qua một màng bán thấm, thẩm thấu ngược, nơi diễn ra quá trình khử muối. Trong khi đó, các quy trình công nghiệp hiện này phải sử dụng các máy bơm cao áp và tiêu thụ lượng điện năng lớn để tạo ra áp suất này.

Đặc biệt, theo nhà phát triển, Tiến sĩ Jay Werber và Lee Jongho, hệ thống lọc nước mới còn có ưu điểm ở chỗ không tạo ra các bong bóng khí làm nghẽn dòng chảy nhờ sử dụng màng hydrogel và các lỗ thoát khí silica.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng khẳng định đây vẫn chưa phải phương pháp thiết thực. Nhiệt lượng dùng để làm bốc hơi nước trong thiết bị hoàn toàn được hấp thụ từ môi trường. Với thiết bị kích thước nhỏ, nguồn năng lượng này hoàn toàn “miễn phí” và không cần sử dụng đến điện hoặc các phương pháp tạo nhiệt khác. Nhưng nhiệt lượng trong môi trường chắc chắn sẽ không đủ để vận hành thiết bị với kích thước lớn hơn.

Ngoài ra, hai nhà nghiên cứu cũng đưa ra một phương án lắp đặt thiết bị trong các tòa nhà giúp xử lý nước và giảm lụt. Khi đó, tòa nhà sẽ hút lượng nước thừa trong đất và để nước bốc hơi qua tường và mái nhà. Quá trình bốc hơi nước này còn có thể tạo ra hiệu ứng làm mát thụ động cho cả tòa nhà.

Giáo sư Marc-Olivier Coppens, giám đốc Trung tâm Kỹ thuật UCL, nhận xét đây là một thiết bị thú vị và có tính sáng tạo, tuy nhiên vẫn cần trải qua nhiều giai đoạn phát triển thêm.

Nguồn: https://www.theguardian.com/science/2020/feb/21/device-inspired-mangroves-help-clear-flood-water