Tạo nguồn nước bền vững

Hệ thống thu hồi nước đa tầng cho vùng biển đảo là sản phẩm của nhóm nghiên cứu ở Học viện Quân y do TS Nguyễn Minh Hoàng, cán bộ Khoa Vật lý - Lý sinh, làm chủ nhiệm.

Theo TS Nguyễn Minh Hoàng, hệ thống thu hồi nước đa tầng sử dụng năng lượng tái tạo (gió và Mặt trời) để chưng cất nước biển thành nước ngọt, hoạt động hoàn toàn không cần điện lưới hay nhiên liệu hóa thạch. Với hiệu suất hơn 1,2 lít/m²/giờ, hệ thống đủ đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cơ bản như uống, nấu ăn và vệ sinh cho các hộ gia đình hoặc cộng đồng nhỏ, đặc biệt tại những khu vực không thể tiếp cận nguồn nước ngọt ổn định.

Hệ thống vận hành dựa trên nguyên lý bay hơi - ngưng tụ, kết hợp giữa bộ phận bơm nước sử dụng năng lượng gió, màng quang nhiệt đa tầng và bộ phận thu hồi nước. Thiết kế này cho phép tăng diện tích bề mặt bay hơi, tối ưu hóa hiệu suất hấp thụ ánh sáng và đặc biệt là hoạt động bền bỉ trong điều kiện thời tiết phổ biến tại biển đảo Việt Nam (với tốc độ gió từ 3 - 7 m/s và bức xạ mặt trời từ 5 - 7 kWh/m²/ngày).

Theo nhóm nghiên cứu, điểm nổi bật của hệ thống là sự kết hợp sáng tạo giữa mô hình cối xay gió Hà Lan và vật liệu quang nhiệt tiên tiến. Bộ phận bơm nước sử dụng cánh quạt và piston để đưa nước lên các tầng màng quang nhiệt, giúp vận hành ổn định mà không cần nguồn điện. Các tầng màng được chế tạo từ hỗn hợp hạt cầu carbon và polyvinyl alcohol (PVA), gắn lên giấy cellulose, có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và chuyển hóa hiệu quả thành nhiệt.

Cấu trúc đa tầng giúp phân bổ ánh sáng đều hơn và tận dụng tối đa năng lượng Mặt trời theo các góc chiếu khác nhau trong ngày. Nước biển sau khi được bơm lên sẽ bốc hơi dưới tác dụng nhiệt, sau đó được thu hồi qua mái vòm nhựa trong suốt, ngưng tụ thành nước sạch. Hệ thống không thải muối đậm đặc, không dùng hóa chất, bảo vệ hệ sinh thái biển và môi trường sống xung quanh.

Với thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt và vận hành, hệ thống thu hồi nước đa tầng phù hợp với điều kiện cơ sở hạ tầng còn hạn chế tại các đảo như Lý Sơn, Côn Đảo, Phú Quốc hay Trường Sa. Nhờ chi phí vận hành thấp, người dân tại các khu vực khó khăn có thể tiếp cận nguồn nước sạch mà không cần đầu tư lớn hoặc phụ thuộc vào nguồn cung cấp từ đất liền.

Mở rộng phục vụ nước cho nông nghiệp

TS Nguyễn Minh Hoàng cho biết, ngoài cung cấp nước uống, hệ thống còn có thể phục vụ nông nghiệp quy mô nhỏ, nuôi trồng thủy sản nước ngọt, hoặc cấp nước cho trường học, trạm y tế, các cơ sở du lịch nhỏ lẻ trên đảo.

Thiết kế đa tầng cũng cho phép mở rộng quy mô từ hộ gia đình đến cấp cộng đồng hoặc công nghiệp nhỏ, mở ra nhiều khả năng ứng dụng linh hoạt và thực tiễn.

Nhóm nghiên cứu tính toán, so với các hệ thống thu hồi nước đơn tầng hiện nay, hệ thống đa tầng đạt hiệu suất thu hồi cao hơn 33%, nhờ diện tích bay hơi được nhân lên qua các tầng và khả năng cung cấp nước đều đặn cho mỗi tầng qua hệ bơm gió.

Thử nghiệm thực tế cho thấy, trong điều kiện gió biển ổn định, hệ thống có thể bơm 15 - 25 lít nước mỗi giờ, duy trì hoạt động mà không cần điện năng bổ sung.

Với góc chiếu ánh sáng tối ưu 60 độ, nhiệt độ bề mặt đạt từ 39 - 45 độ C - điều kiện lý tưởng cho quá trình bay hơi. Bên cạnh đó, việc không sử dụng thẩm thấu ngược hay chưng cất nhiệt giúp giảm đáng kể chi phí năng lượng, không phát sinh nước thải độc hại và góp phần bảo vệ môi trường biển, điều mà các công nghệ lọc nước thông thường còn hạn chế.

Hệ thống không chỉ là một sản phẩm mang tính giải pháp tạm thời mà còn mở ra tiềm năng phát triển lâu dài, phù hợp với chiến lược phát triển xanh và bền vững của Việt Nam. Nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ tiếp tục cải tiến, tích hợp thêm công nghệ chuyển đổi năng lượng gió thành điện hoặc nhiệt, để hệ thống có thể hoạt động vào ban đêm hoặc những ngày ít nắng, nâng cao tính liên tục và ổn định.

Khả năng sản xuất hàng loạt với chi phí thấp, kết hợp với tính linh hoạt trong quy mô triển khai, giúp hệ thống trở thành ứng cử viên tiềm năng cho thị trường trong và ngoài nước; đặc biệt tại các khu vực đang phải đối mặt với khủng hoảng nước sạch do biến đổi khí hậu và tài nguyên cạn kiệt.