Công nghệ tạo nước từ không khí khô, giải pháp mới cho vùng hạn hán

Ngày 30/7 tại Barcelona, Tây Ban Nha, công ty công nghệ khí hậu Ahbstra giới thiệu ARK, được quảng bá là thiết bị có thể thu tới 500 lít nước mỗi ngày từ không khí.

Thiết bị thiết kế theo dạng “cắm và chạy”, có thể đưa vào sử dụng mà không cần xây dựng hệ thống hạ tầng phức tạp. Nước tạo ra có thể dùng để bổ sung cho giếng, bể chứa hoặc cấp trực tiếp vào hệ thống nước của một tòa nhà.

Công nghệ cốt lõi của ARK là vật liệu khung kim loại - hữu cơ, còn gọi là MOF. Loại vật liệu này có cấu trúc phân tử chứa rất nhiều khoang rỗng siêu nhỏ, tạo nên diện tích bề mặt bên trong đặc biệt lớn.

Nhờ cấu trúc đó, các phân tử khí hoặc chất lỏng có thể đi vào và được giữ lại bên trong vật liệu. MOF hiện được nghiên cứu cho nhiều mục đích như tách chất ô nhiễm khỏi nước, thu giữ carbon dioxide và khai thác hơi nước trong không khí.

Vật liệu này là kết quả sau nhiều thập kỷ nghiên cứu của các nhà khoa học Susumu Kitagawa (Đại học Kyoto), Richard Robson (Đại học Melbourne) và Omar M. Yaghi (Đại học California, Berkeley). Những nghiên cứu về MOF đã được trao Giải Nobel Hóa học năm 2025.

Tạo nước ngay trên vùng khô hạn

Các máy tạo nước từ không khí thông thường hoạt động gần giống máy hút ẩm. Không khí được làm lạnh xuống điểm sương, tức mức nhiệt khiến hơi nước bắt đầu ngưng tụ thành những giọt nước.

Phương pháp này hoạt động tương đối hiệu quả trong môi trường có độ ẩm cao. Tuy nhiên, khi không khí khô, điểm sương giảm xuống rất thấp, buộc thiết bị phải làm lạnh sâu hơn mới có thể tạo ra nước. Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng và có thể không còn hiệu quả ở những vùng khí hậu nóng, khô.

MOF hoạt động theo cơ chế khác. Thay vì làm lạnh không khí để hơi nước ngưng tụ, vật liệu này trực tiếp giữ các phân tử hơi nước trên bề mặt và trong những khoang rỗng của nó. Quá trình này được gọi là hấp phụ (adsorbent).

Nhờ khả năng hấp phụ, MOF vẫn có thể thu giữ hơi nước ngay cả khi độ ẩm không khí thấp. Khi vật liệu đã chứa đủ nước, hệ thống cung cấp một lượng nhiệt vừa phải để giải phóng các phân tử nước đã được giữ lại, sau đó thu chúng dưới dạng chất lỏng.

Ahbstra cho biết ARK còn sử dụng công nghệ lò phản ứng hạt lơ lửng do công ty phát triển. Trong hệ thống này, các hạt MOF được giữ ở trạng thái chuyển động liên tục, trong khi luồng không khí được đưa đi qua chúng. Cách vận hành này giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa không khí và vật liệu, qua đó cải thiện khả năng thu giữ hơi nước.

Từ khủng hoảng nước ở Ibiza

Ý tưởng phát triển thiết bị xuất phát từ trải nghiệm của Hashem Arouzi, doanh nhân người Anh sở hữu bất động sản trên đảo Ibiza (Tây Ban Nha).

Sau nhiều năm phụ thuộc vào nguồn nước ngầm, giếng nước tại khu đất của ông dần cạn kiệt do hạn hán, khai thác quá mức và tình trạng nước biển xâm nhập.

Arouzi cho biết chỉ riêng Ibiza đã có hơn 15.000 ngôi nhà và biệt thự không được kết nối với hệ thống cấp nước tập trung. Những hộ dân này chủ yếu dựa vào nước giếng hoặc xe bồn vận chuyển nước, nhưng ngay cả các hồ chứa phục vụ xe bồn cũng đang suy giảm nhanh chóng.

Trong khi các khu vực có kết nối với mạng lưới cấp nước có thể bổ sung nguồn cung từ các nhà máy khử mặn, nhiều hộ dân ở ngoài hệ thống gần như không còn nhiều lựa chọn.

“Đây không chỉ là vấn đề của Ibiza mà còn là thách thức đối với hàng triệu ngôi nhà trên thế giới nằm ngoài hệ thống cấp nước và đang chịu áp lực thiếu nước”, ông Arouzi nói.

Chưa phải lời giải duy nhất

Theo Cơ quan Môi trường châu Âu (EEA), khoảng 30% dân số Nam Âu đang phải đối mặt với tình trạng căng thẳng nguồn nước kéo dài.

Richard Perkin, Giám đốc Công nghệ của Ahbstra, cho rằng việc thích ứng với biến đổi khí hậu cần nhiều giải pháp đồng thời, từ sử dụng nước hiệu quả, tái chế nước đến đầu tư hạ tầng.

Ông nhận định công nghệ thu nước từ không khí chỉ là một mắt xích trong chiến lược tổng thể.

“Nếu hồ chứa và giếng nước đã cạn, chúng chỉ có thể được bổ sung khi có mưa. Đó là lý do việc khai thác nước trực tiếp từ khí quyển sẽ trở thành một phần cần thiết trong giải pháp ứng phó”, Perkin nói.

Hiện thiết bị ARK có giá khoảng 150.000 bảng Anh (hơn 530 triệu đồng), mức chi phí vẫn khá cao đối với người dùng phổ thông.

Ngoài ra, đến nay vẫn chưa có các nghiên cứu độc lập được bình duyệt khoa học đánh giá hiệu quả vận hành và độ bền của hệ thống trong điều kiện sử dụng thực tế. Đây được xem là yếu tố cần tiếp tục được kiểm chứng trước khi công nghệ có thể được triển khai rộng rãi.