Việc cung cấp nước sạch luôn được coi là quyền cơ bản của con người ở nhiều khu vực, nhưng tình hình ở nhiều nơi trên thế giới lại rất khác. Thế giới thứ ba đang phải vật lộn để có nước sạch. Hệ thống vệ sinh nhôm mới dựa trên tia laser có thể giúp các nước đang phát triển cung cấp nước sạch và cứu sống con người.
Một nhóm nghiên cứu do Subhash Singh thuộc Viện Quang học tại Đại học Rochester ở New York dẫn đầu tin rằng vệ sinh nước dựa trên năng lượng mặt trời có thể là chìa khóa để cung cấp nước sạch bền vững cho dân số thế giới đang tăng nhanh. Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature S Bền vững.
Tổ chức Y tế Thế giới đã liệt kê bức xạ tia cực tím để khử trùng bằng ánh nắng mặt trời đối với bình sữa trong suốt và khử trùng bằng nhiệt các bình không trong suốt như các phương pháp làm sạch nước trong một thời gian. Trên thị trường cũng có nhiều hệ thống sử dụng ánh sáng mặt trời để lọc nước. Nhưng những hệ thống này có những sai sót rõ ràng: vấn đề về khả năng mở rộng. Một hệ thống có thể khử trùng một nhóm nhỏ người hoặc một gia đình có thể không hữu ích lắm khi khử trùng toàn bộ thị trấn hoặc làng mạc. Cùng với các chi phí liên quan của hệ thống khử trùng nước, cứ 9 người thì có 1 người (khoảng 785 triệu người) không thể có nước sạch. Trong số đó, 1 triệu người chết hàng năm do thiếu nước sạch.
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một số vấn đề với hệ thống vệ sinh nước hiện tại, đặc biệt là vấn đề bốc hơi giao diện điều khiển bằng năng lượng mặt trời. Chúng bao gồm, nhưng không giới hạn ở: không có khả năng kiểm soát giới hạn theo dõi năng lượng mặt trời của thiết bị bay hơi giao diện, có nghĩa là khi góc của mặt trời thay đổi, nồng độ quang học sẽ giảm, dẫn đến giảm khả năng khử trùng. Một vấn đề khác là hiệu ứng chặn làm giảm nghiêm trọng hiệu quả của thiết bị.
Vì hệ thống khử trùng bằng năng lượng mặt trời hiện tại sử dụng"&từ dưới lên; hệ thống sưởi ấm, hầu hết năng lượng tạo ra sẽ bị thất thoát qua sự bay hơi của nước và không khí. Một số hệ thống giải quyết vấn đề hiệu quả này bằng cách giới thiệu một hệ thống tạo năng lượng nhiệt mặt trời tại giao diện không khí / nước. Vì bề mặt này nổi trên mặt nước, nó không thể được định vị chính xác để đối diện với ánh sáng tới, và vấn đề tắc nghẽn sẽ trở nên trầm trọng hơn khi tiếp xúc với nước lõi.
Ngoài ra, có một vấn đề rất quan trọng là các máy lọc năng lượng mặt trời hiện nay chỉ có thể khử ô nhiễm sinh học. Ngoài ra còn có một số lượng lớn các chất ô nhiễm khác, đặc biệt là kim loại nặng, chưa được xử lý.
Nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng một bề mặt có khả năng siêu hấp thụ nước và siêu hấp thụ ánh sáng để khử trùng nước bằng năng lượng mặt trời. Bề mặt siêu hút nước, siêu nhẹ này được cấu tạo từ nhôm, dễ lấy và giá thành rẻ.
Tuy nhiên, nhôm chưa qua xử lý truyền thống không có đặc tính xốp cần thiết để hấp thụ nước. Ngoài ra, bề mặt của nó có tính phản chiếu nên không hấp thụ ánh sáng. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã chiếu laser nhôm bằng xung laser femto giây. Bề mặt xốp được tạo ra bởi phương pháp xử lý bằng laser này cho phép nước chạy với tốc độ ổn định khoảng 2 milimét / giây dưới tác động của trọng lực. Điều này có nghĩa là nước có thể được vận chuyển đến bề mặt hấp thụ năng lượng mặt trời để khử trùng.
Do đó, bề mặt xốp này có thể được lắp đặt trên bệ nổi ở bất kỳ góc độ nào để tăng tỷ lệ tia mặt trời. Điều này cũng có nghĩa là bảng điều khiển này được kết nối với hệ thống theo dõi mặt trời để theo dõi quỹ đạo của mặt trời&# 39 và giữ mức khử trùng ở điều kiện tốt nhất.
Các nhà nghiên cứu cũng tập trung vào hình dạng của bề mặt xốp này và cách nó tản nhiệt qua nước. Họ phát hiện ra rằng bề mặt hình chữ U có thể giảm thiểu tiếp xúc với mặt nước, khiến nó trở thành mô hình tiết kiệm năng lượng nhất hiện nay. Cho đến nay, tốc độ bay hơi mà nhóm nghiên cứu đã ghi nhận được thậm chí còn vượt xa thiết bị lý tưởng ở trạng thái hoạt động hiệu quả 100%.
Nhóm nghiên cứu không chỉ kiểm tra nước bị ô nhiễm sinh học mà còn kiểm tra nước bị ô nhiễm bởi các chất ô nhiễm khác như kim loại, chất thải gia dụng và nông nghiệp. Nghiên cứu của họ cho thấy mật độ của nước giảm từ 4 đến 5 bậc độ lớn. Đạt tiêu chuẩn nước uống an toàn của WHO.