Yanbiao Liu và các đồng nghiệp của ông thuộc trường Đại học Jiao Tong, Thượng Hải (Trung Quốc) đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một thiết bị có khả năng vừa làm sạch nước thải, vừa sản xuất điện từ. Việc sử dụng ánh sáng như là một nguồn năng lượng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra hình ảnh một...
Yanbiao Liu và các đồng nghiệp của ông thuộc trường Đại học Jiao Tong, Thượng Hải (Trung Quốc) đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một thiết bị có khả năng vừa làm sạch nước thải, vừa sản xuất điện từ.
Việc sử dụng ánh sáng như là một nguồn năng lượng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra hình ảnh một tấm pin nhiên liệu xúc tác, sử dụng ống nano titanium dioxide với 2 cực anode (cực +) và cathone (cực -).
Nghiên cứu mới này sẽ mang lại hiệu quả lớn cho người sử dụng. (Ảnh: Physorg)
Năng lượng ánh sáng phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Sau đó, nó sẽ đi qua cực âm và chuyển đổi thành điện. Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả này trên Tạp chí Khoa học & Công nghệ của Mỹ.
Ông Liu lưu ý trong bản báo cáo rằng, nước thải thường gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, nó cũng là một nguồn nguyên liệu có thể xử lý và sử dụng để tạo ra năng lượng. Mỗi ngày, con người chúng ta thải ra môi trường hàng triệu tấn rác thải. Với sự tiến bộ của khoa học hiện nay, chúng ta nên tận dụng những nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có đó.
Ngoài các chất hữu cơ, nước thải còn có chứa những thành phần khác cần phải được loại bỏ trước khi tái sử dụng cho các mục đích khác.Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khả năng của pin nhiên liệu trong việc phân biệt chất thơm (nước hoa), thuốc nhuộm azo, dược phẩm hay các sản phẩm chăm sóc cá nhân. Kết quả cho thấy, nó hoàn toàn có khả năng tách các hợp chất hữu cơ để sản xuất nước sạch.
Để hệ thống này có thể tận dụng được nguồn ánh sáng mặt trời, nhóm nghiên cứu đã tiến hành điều chỉnh điện cực với các chất bán dẫn (chẳng hạn như CdS). Điều này có nghĩa là khi đưa vào quá trình sản xuất đại trà, hệ thống xử lý nước thải này có thể được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống.
Cho đến nay, nhóm nghiên cứu vẫn chưa ước tính được chi phí để mua sắm những trang thiết bị cần thiết, xây dựng một khu công nghiệp xử lý nước thải mới.
Tuy nhiên đến nay, thật dễ dàng nhìn thấy những lợi ích mà nghiên cứu này đem lại trong tương lai. Ngoài việc làm sạch nước thải từ các sông suối, ao hồ, người dân ở những khu vực này cũng sẽ được hưởng lợi, có thể sử dụng nguồn điện thu được trong quá trình này.
Yanbiao Liu cùng các đồng nghiệp tại Đại học Jiao Tong, Thượng Hải, Trung Quốc, đã thiết kế và chế tạo thiết bị có khả năng xử lý nước thải đồng thời tạo ra điện. Nghiên cứu mở ra hướng tiếp cận đáng chú ý, bởi một nguồn thường bị xem là chất gây ô nhiễm lại có thể trở thành nguyên liệu phục vụ sản xuất năng lượng. Thiết bị hoạt động nhờ ánh sáng, sử dụng cấu trúc pin nhiên liệu xúc tác với các ống nano titanium dioxide cùng hai điện cực anode và cathode.
Trong thiết kế này, anode là cực dương, còn cathode là cực âm, đảm nhiệm những vai trò khác nhau trong quá trình phân hủy chất hữu cơ và hình thành dòng điện. Khi được chiếu sáng, vật liệu xúc tác thúc đẩy quá trình phân hủy các chất hữu cơ hiện diện trong nước thải, biến những thành phần gây ô nhiễm thành dạng dễ xử lý hơn. Sau đó, các electron đi qua cực âm, tạo nên dòng điện có thể thu hồi trong lúc hệ thống đang làm sạch nước.
Kết quả nghiên cứu đã được nhóm Yanbiao Liu công bố trên Tạp chí Khoa học & Công nghệ của Mỹ, thu hút sự chú ý nhờ khả năng kết hợp hai mục tiêu. Một mục tiêu là giảm lượng chất ô nhiễm trong nước, mục tiêu còn lại là tận dụng chính quá trình xử lý để sản xuất thêm nguồn điện hữu ích. Theo ông Liu, nước thải thường được nhìn nhận như mối đe dọa đối với môi trường, nhưng đồng thời vẫn chứa những vật chất có thể xử lý và khai thác.
Mỗi ngày, con người thải ra môi trường hàng triệu tấn rác thải, trong đó nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ chưa được tận dụng hiệu quả. Sự tiến bộ của khoa học cho phép các nhà nghiên cứu xem những nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có này như đầu vào cho những công nghệ bền vững hơn. Cách tiếp cận ấy có thể giảm gánh nặng xử lý chất thải, đồng thời bổ sung một phương thức tạo năng lượng từ các nguồn vốn thường bị bỏ đi.
Tuy nhiên, nước thải không chỉ chứa chất hữu cơ mà còn có nhiều thành phần khác, cần được loại bỏ trước khi nguồn nước được tái sử dụng. Vì vậy, một hệ thống xử lý hiệu quả phải nhận diện và phân tách được nhiều nhóm hợp chất, thay vì chỉ tập trung vào một loại chất bẩn. Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra khả năng của pin nhiên liệu đối với chất thơm, thuốc nhuộm azo, dược phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân.
Các nhóm chất này đại diện cho nhiều thành phần có thể xuất hiện trong nước thải sinh hoạt hoặc nước thải phát sinh từ những hoạt động sản xuất khác nhau. Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị có khả năng tách các hợp chất hữu cơ, qua đó tạo ra nước sạch hơn sau quá trình xử lý. Để hướng hệ thống tới việc sử dụng ánh sáng mặt trời, nhóm nghiên cứu điều chỉnh các điện cực bằng những vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như CdS.
Việc bổ sung chất bán dẫn giúp thiết bị khai thác ánh sáng thuận lợi hơn, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào những nguồn năng lượng bên ngoài. Nếu được sản xuất đại trà, công nghệ này có thể được mở rộng cho nhiều ứng dụng trong đời sống, nhất là tại những khu vực cần xử lý nước. Dù vậy, nhóm nghiên cứu hiện chưa ước tính chi phí mua sắm thiết bị cần thiết cũng như khoản đầu tư để xây dựng một khu công nghiệp xử lý nước thải mới.
Khoảng trống về chi phí khiến khả năng triển khai quy mô lớn vẫn cần được đánh giá thêm, dù những lợi ích tiềm năng đã thể hiện khá rõ. Trong tương lai, hệ thống có thể góp phần làm sạch nước thải từ sông suối, ao hồ, đồng thời tận dụng nguồn điện phát sinh trong chính quá trình đó. Người dân tại những khu vực này có thể hưởng lợi kép, gồm môi trường nước được cải thiện và nguồn điện thu được, dù hiệu quả thực tế còn phụ thuộc quá trình phát triển công nghệ.
