Hệ thống sản xuất cả điện mặt trời và nước trên sa mạc

Hệ thống WEC2P gồm pin mặt trời và một lớp hydrogel hấp thụ hơi ẩm trong không khí, có thể hoạt động cả ngày lẫn đêm.

Mô phỏng hệ thống sản xuất điện mặt trời và nước quy mô lớn trên sa mạc. (Ảnh: Renyuan Li)

Ở những vùng sa mạc xa xôi, điện và nguồn nước cho nông nghiệp là hai thứ thường xuyên thiếu. Nhóm nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST), Saudi Arabia, phát triển hệ thống mới nhằm giải quyết cả hai vấn đề trên bằng cách kết hợp các tấm pin mặt trời với lớp hydrogel hấp thụ, đặt tên là hệ thống sản xuất nước-điện-cây trồng tích hợp, hay WEC2P. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Cell Reports Physical Science hôm 1/3.

WEC2P gồm một chuỗi pin mặt trời nối với nhau, mỗi tấm pin nằm trên một lớp hydrogel. Pin và hydrogel cùng tạo thành nắp của một hộp kim loại có mặt dốc, dưới đáy là một vòi nước. Ban đêm, hộp để mở, cho phép hydrogel hút ẩm từ không khí. Ban ngày, hộp đóng lại. Pin mặt trời sẽ sản xuất điện khi ánh nắng chiếu vào. Lượng nắng này cũng khiến cả pin mặt trời lẫn lớp hydrogel bên dưới nóng lên.

Kết quả, nước được hấp thụ trước đó bốc hơi lên từ lớp hydrogel và ngưng tụ ở mặt sau tấm pin. Khi nước lỏng chảy khỏi pin, nó mang theo nhiệt dư thừa và đem lại hiệu ứng làm mát, giúp pin mặt trời hoạt động hiệu quả hơn tới 9%. Sau đó, nước chảy xuống đáy hộp kim loại và tới vòi. Từ đây, người dùng có thể thu thập nước để sử dụng cho việc tưới tiêu hoặc uống.

Hệ thống thử nghiệm gồm hai tấm pin mặt trời và hộp trồng cây. (Ảnh:Renyuan Li)

Các chuyên gia đã tiến hành thử nghiệm quy mô nhỏ với WEC2P tại sa mạc Saudi Arabia trong khoảng hai tuần hồi tháng 6 năm ngoái. Với pin mặt trời và lớp hydrogel có kích thước bằng mặt bàn học, hệ thống thử nghiệm tạo ra tổng cộng 1.519 Wh điện cùng khoảng 2 lít nước. Lượng nước này được dùng để tưới 60 hạt giống cải bó xôi trồng trong hộp nhựa. Trong đó, 57 hạt đã nảy mầm và mọc cao 18 cm.

"Đảm bảo mọi người trên Trái đất được tiếp cận với nước sạch và năng lượng sạch với giá phải chăng là một phần của các Mục tiêu Phát triển Bền vững (SDGs) do Liên Hợp Quốc đặt ra. Tôi hy vọng thiết kế mới có thể trở thành một hệ thống sản xuất điện nước phi tập trung để thắp sáng các ngôi nhà và tưới cây", giáo sư Peng Wang, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.