Học sinh lớp 11 và thiết bị biến nước mặn thành ngọt

Trước tình trạng hạn hán, xâm nhập mặn đang diễn ra gay gắt ở đồng bằng sông Cửu Long, nhiều hộ gia đình không có nước sinh hoạt, nhóm thầy trò trường THPT Nguyễn Đình Chiểu (TP Bến Tre, tỉnh Bến Tre) đã hình thành ý tưởng lọc nước mặn thành nước ngọt dùng năng lượng mặt trời. Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 5/2015 đến nay.

Có nhiều cách để lọc nước mặn thành ngọt như khử muối, lọc bằng công nghệ nano, nhưng nhóm đã chọn chưng cất bằng cách tận dụng năng lượng mặt trời, nhằm tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và góp phần chống biến đổi khí hậu.

Thiết bị biến nước mặn thành ngọt. Ảnh do nhóm nghiên cứu cung cấp.

Thầy Trương Hữu Dũng cho biết, thiết bị gồm ba bộ phận là phần đun sôi nước mặn được tạo bởi ống thủy tinh chân không có khả năng hấp thụ 93% lượng ánh sáng mặt trời, từ đó biến quang năng thành nhiệt năng đun sôi nước mặn. Ống trong suốt cho phép các tia sáng đi qua và phản chiếu tối thiểu. Ống bên trong được phủ một lớp hấp thụ sơn bằng công nghệ phun mạ nên tính hấp thụ bức xạ mặt trời cao. Bên dưới là lớp máng inox để giúp hấp thụ thêm ánh sáng mặt trời.

Bộ phận thứ hai là bình bảo ôn được làm từ nhựa chịu nhiệt hình chữ T. Nhóm thiết kế hai bình nhựa có khả năng chịu nhiệt độ cao, có thể lồng vào nhau, và có một khoảng trống ở giữa để đổ lớp cách nhiệt.

Bộ phận thứ ba là bình chưng cất làm bằng kính 8 mm, cấu tạo 2 lớp. Lớp kính bên ngoài hình hộp chữ nhật trong suốt cho phép các tia sáng đi qua; lớp bên trong nhỏ hơn, có hình ngôi nhà với bề mặt được sơn đen giúp hấp thụ ánh sáng mặt trời từ chảo parabol bằng inox đặt bên dưới.

Ở giữa hai lớp kính này được hút chân không để giữ nhiệt. Một tấm inox đặt ở mặt trên "mái nhà" chứa nước mặn mát giải nhiệt để hơi nước ngưng tụ mặt dưới của "mái nhà" và chảy nghiêng xuống ống dẫn ra ngoài, đây là nước ngọt. Phần nước mặn dùng giải nhiệt có đường ống dẫn qua bình bảo ôn và có van khoá lại khi cần thì mở cho nước chảy qua. 

Khung chảo parabol ở bên dưới có dạng hình nón, được làm bằng sắt và sơn chống sét. Nó được gắn trên hệ thống giá đỡ có thể xoay theo hướng mặt trời. Nhóm đã sử dụng inox có độ sáng bóng tốt, phản xạ ánh sáng tốt và không bị ôxy hóa để làm chảo parabol. 

Nhóm nghiên cứu hy vọng thiết bị này có thể giúp bà con đồng bằng sông Cửu Long có nước ngọt sinh hoạt trong mùa khô hạn.

Với thiết kế như trên, người dùng sẽ đổ nước mặn vào mặt trên của bình chưng cất, sau đó mở van nước sẽ chảy qua bình bảo ôn, xuống ống chân không hấp thu nhiệt từ ánh nắng mặt trời nóng lên đối lưu với nước lạnh hơn trong bình bảo ôn (tỷ trọng nước nóng nhẹ hơn nước lạnh nên nước nóng nổi lên trên, nước lạnh chìm xuống). Lúc này nước trong bình bảo ôn nóng dần lên (cao nhất trong khoảng 75 đến 85 độ C), nước nóng qua phần dưới của bể chưng cất tiếp tục hấp thu nhiệt từ chảo parabol, bốc hơi (hơi nước ngọt), ngưng tụ mặt dưới của tấm inox chảy xuống ống nhựa ra ngoài đến bình chức nước ngọt.

Em Nguyễn Tấn Lợi cho biết, khó khăn lớn nhất là sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Bởi khi trời mát nhiệt sẽ bị mất ở 2 bộ phận là bình bảo ôn và bể chưng cất, nên nhóm đã mất nhiều thời gian để khắc phục. Nếu đưa vào sử dụng, chiếc máy sẽ có giá thành dưới 2 triệu đồng, đạt 6 lít/ngày. Nhóm dự định tiếp tục tạo ra phiên bản mới với cải tiến hiện đại hơn.

Phạm Hương