Khi cuộc khủng hoảng khí hậu diễn ra, hạn hán nghiêm trọng, chẳng hạn như thảm họa thiếu nước ở Cape Town, Nam Phi năm 2018, có nguy cơ nhanh chóng trở thành vấn đề khủng hoảng nhân đạo, đe dọa cuộc sống của nhiều triệu người với hậu quả phải khắc phục lâu dài.

Một trong những Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp Quốc là hướng tới mục đích gia tăng khả năng tiếp cận với nguồn nước sạch, tăng cường vệ sinh nguồn nước. Theo Liên Hợp Quốc, hơn 80% nước thải từ sinh hoạt và lao động sản xuất của con người thải thẳng vào nguồn nước mà không loại bỏ ô nhiễm. Cứ 10 người trên thế giới thì có 3 người không được tiếp cận với nước uống an toàn.

Những vấn đề này dẫn đến một số lượng lớn người thiệt mạng vì những bệnh liên quan đến nguồn nước sạch và vệ sinh mà thế giới có thể phòng ngừa, ngăn chặn được.

Khử trùng nước tại điểm sử dụng (POU) có ý nghĩa rất lớn ở khu vực nông thôn hoặc trong tình huống xảy ra thảm họa tự nhiên như lũ lụt. Ngoài ra, một hậu quả khác của biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến chất lượng nước là ô nhiễm nước ngầm với vi khuẩn và nitrat từ những khu vực tự hoại và trang trại nông nghiệp.

Khử trùng bằng clo, bức xạ tia cực tím và mànglọc là những phương pháp khử trùng POU được sử dụng rộng rãi nhất. Cũng có những lựa chọn khác hiệu quả hơn như xúc tác quang điện, điện hóa, điện di điện áp thấp và phương pháp sử dụng vi sóng nhưng có những hạn chế như cần phải có nguồn điện hoặc chi phí cao.

Máy phát điện ma sát nano điện nguồn (TENG), cung cấp năng lượng cơ học là công nghệ làm sạch nước đầy hứa hẹn. Một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc và Mỹ đề xuất một máy bơm cầm tay giá rẻ tiền, sử dụng công nghệ TENG cho mục đích này. Những chiếc TriboPump có thể do một gia đình sử dụng với giá chỉ 10 đô la Mỹ trong thời gian hai năm.

Trong nghiên cứu mới đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Thanh Hoa, Viện Năng lượng Nano và Hệ thống Nano (Nanoenergy and Nanystems), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Viện Công nghệ Georgia Mỹ đưa ra ý tưởng máy lọc nước TriboPump, tích hợp máy bơm nước, thiết bị khử trùng và máy phát điện nano ba đĩa ( D-TENG) tạo nguồn điện.

Hệ thống bao gồm ba bộ phận chức năng: một tế bào ion hóa đồng có điện cực đồng trục (CECIC) là thiết bị khử trùng, máy phát điện nano điện ba đĩa (D ‐ TENG) làm nguồn điện và cấu trúc cơ học quay tay đồng trục bao gồm cả bơm nước

Theo tài liệu nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Vật liệu Năng lượng Tiên tiến (Advanced Energy Materials), đây là một thiết kế cấu trúc cơ khí đồng trục kết hợp được tích hợp vào giá đỡ in 3D với tỷ số truyền phù hợp cho phép D-TENG và bơm nước được hoạt động với cùng một bộ phận cơ khí quay thủ công, nhưng có được những tốc độ quay khác nhau.

Hệ thống lọc nước bơm lọc nước D-TENG có thể tương thích với các loại nước có chất lượng khác nhau mà không cần cung cấp năng lượng bổ sung.

Buồng khử trùng của TriboPump có cấu trúc hình ống với hai điện cực. Điện cực bên ngoài bao gồm một lá đồng được cuộn nằm trên bề mặt bên trong của ống và được nối với điện cực âm của nguồn điện, một đĩa của TENG (D-TENG).

Điện cực trung tâm là một dây đồng mỏng đồng trục nằm giữa buồng khử trùng, được kết nối với điện cực dương D-TENG.

Khi quay tay máy bơm, dòng điện sẽ tạo ra các ion đồng chạy trong nước, hoạt động như chất khử trùng, loại bỏ hiệu quả các vi khuẩn E.coli trong nước bằng phương thức khử ion. Mức giải phóng ion đồng dưới mức giới hạn cho phép do Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ quy định đối với nước uống.

Đơn giản trong hoạt động, chi phí thấp và hiệu quả khử trùng cao. TriboPump là một lựa chọn rất khả thi cho vấn đề vệ sinh nước ở vùng sâu vùng xa và trong những khẩn cấp, cho phép người dùng vẫn có thể có nước sạch để sinh hoạt, giữ gìn sức khỏe và không bị các bệnh đường ruột nguy hiểm.

Trịnh Thái Bằng