Eric Ryberg, phó giáo sư ngành khoa học sức khỏe tại Đại học Connecticut (CAHNR), cùng các cộng sự tại Đại học Yale đã phát triển một hệ thống khử trùng nước mới sử dụng năng lượng mặt trời, kết hợp nhiều phương pháp sẵn có. Công trình nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí npj Clean Water.

Giải pháp mới từ năng lượng mặt trời

Thiết bị nhỏ gọn này tận dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, tất cả đều dựa vào ánh sáng mặt trời. “Nhiều phương pháp cùng kết hợp sẽ giúp việc khử trùng hiệu quả hơn,” Ryberg chia sẻ. “Điều này cho phép chúng tôi đảm bảo chất lượng nước, mang lại sự an tâm và nhân phẩm cho người dùng, bất kể họ có nguồn lực ra sao.”

Phương pháp lâu đời nhất để làm nước uống an toàn là đun sôi, nhưng lại tiêu tốn nhiều năng lượng. Ngoài ra còn có:

• Lọc vật lý bằng gốm hoặc trầm tích để loại bỏ vi sinh vật.
• Pasteur hóa bằng năng lượng mặt trời, dùng nhiệt từ ánh sáng để vô hiệu hóa mầm bệnh, ít tốn năng lượng hơn đun sôi nhưng kém hiệu quả khi trời lạnh hoặc nhiều mây.
• Khử trùng bằng ánh sáng mặt trời trực tiếp (SODIS), chỉ cần đặt chai nước dưới nắng. Trong ngày nắng, vi khuẩn bị tiêu diệt 99,9% sau khoảng 6 giờ. Tuy nhiên, virus cần tới 30 giờ và phương pháp này không cho biết rõ khi nào nước đã an toàn.

Ryberg còn nghiên cứu chất cảm quang (photosensitizer) – hợp chất phản ứng với ánh sáng mặt trời, truyền năng lượng cho phân tử oxy trong nước khiến chúng trở nên hoạt tính, từ đó tiêu diệt vi khuẩn và virus. Ưu điểm lớn là hiệu quả với virus, vốn khó xử lý bằng các phương pháp khác.

Dấu hiệu trực quan khi nước đã sạch

Trong hệ thống thử nghiệm, nhóm nghiên cứu sử dụng erythrosine, một loại phẩm màu thực phẩm. Khi chất này phân hủy dưới ánh sáng, nước đổi màu, tạo tín hiệu rõ ràng cho người dùng biết khi nào có thể uống.

Theo mô hình, ở cường độ ánh sáng mặt trời 1.100 W/m², nước được khử trùng đạt chuẩn trong chưa đầy một giờ, các mẻ tiếp theo chỉ mất khoảng 28 phút. Thử nghiệm thực tế tại Guatemala với cường độ 1.050 W/m² đã xác nhận kết quả này.

Mô phỏng tại Cape Town (Nam Phi), Sololá (Guatemala) và Phoenix (Arizona, Mỹ) cho thấy hệ thống có thể cung cấp 50 lít nước sạch/người/ngày – mức khuyến nghị của Liên Hợp Quốc – trong hầu hết các ngày trong năm.

Khả năng mở rộng và hướng tới tự nhiên

Hệ thống có thể dễ dàng mở rộng để phục vụ cả cộng đồng hoặc thu nhỏ cho từng hộ gia đình. Ryberg cũng đang nghiên cứu thay thế phẩm màu tổng hợp bằng chất cảm quang tự nhiên như diệp lục (chlorophyll) hay hypericin trong cây St. John’s Wort.

“Đích đến cuối cùng là sử dụng hợp chất tự nhiên, ít lo ngại về độc tính hơn,” Ryberg cho biết.