Phát triển loại sơn lợp mái có thể làm mát nhà và tạo nước ngọt từ không khí

Điều tưởng như viễn tưởng này đang dần trở thành hiện thực nhờ công trình hợp tác giữa Đại học Sydney và công ty khởi nghiệp Dewpoint Innovations – hai đơn vị tiên phong trong nghiên cứu vật liệu thông minh.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển lớp phủ polymer nano đặc biệt có khả năng phản xạ tới 97% ánh sáng mặt trời và thu thập hơi nước thụ động từ không khí xung quanh. Trong các thử nghiệm, loại sơn này giúp nhiệt độ bên trong nhà thấp hơn không khí ngoài trời tới 6°C, đồng thời tạo ra 390 ml nước ngọt trên mỗi mét vuông mái nhà mỗi ngày. Con số này có thể đạt 4,7 lít nước mỗi ngày nếu áp dụng cho diện tích mái khoảng 12 m² trong điều kiện tối ưu.

Cơ chế hoạt động của loại sơn này tương tự hiện tượng sương đọng trên gương lạnh. Khi bề mặt được phủ lớp sơn phản xạ, nhiệt độ giảm thấp khiến hơi nước trong không khí ngưng tụ thành giọt nhỏ, rồi chảy xuống khu vực thu gom được thiết kế sẵn. Chính sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và bề mặt lớp phủ đã giúp nước được hình thành một cách tự nhiên, không cần đến năng lượng hay thiết bị bổ sung.

Trong quá trình thử nghiệm tại Trung tâm Khoa học Nano Sydney, lớp phủ cho thấy khả năng giữ lại sương trong hơn 30% thời gian mỗi năm, kể cả trong điều kiện khô ráo. Nước thu được đạt mức 390 ml/m²/ngày, đủ để phục vụ cho các mục đích như tưới cây, phun sương làm mát hoặc sản xuất hydro xanh.

Giáo sư Chiara Neto, Viện Nano và Khoa Hóa học – Đại học Sydney, người đứng đầu dự án cho biết: “Công nghệ này không chỉ nâng tầm nghiên cứu về lớp phủ phản xạ mà còn mở ra cơ hội cho các nguồn nước ngọt bền vững, chi phí thấp và phi tập trung, một giải pháp cần thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khan hiếm nước đang ngày càng nghiêm trọng".

Lớp sơn đang được thử nghiệm trên mái của Trung tâm Khoa học Nano Sydney.

Để kiểm chứng độ bền và hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thử nghiệm ngoài trời kéo dài sáu tháng với các tấm phủ được lắp đặt trên mái tòa nhà Sydney Nanoscience Hub. Trong suốt thời gian này, hệ thống cảm biến ghi nhận dữ liệu theo từng phút về nhiệt độ, độ phản xạ và lượng nước thu được. Kết quả cho thấy, lớp sơn vẫn giữ hiệu suất ổn định, chịu được ánh nắng gay gắt của Úc và không có dấu hiệu xuống cấp sau nửa năm sử dụng.

Khác với các loại sơn trắng thương mại thông thường sử dụng titanium dioxide (TiO₂) làm chất phản xạ tia UV, lớp phủ mới không phụ thuộc vào sắc tố mà dựa vào cấu trúc xốp vi mô bên trong. Vật liệu chính của nó là polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropene (PVDF-HFP) – một loại polymer có độ bền cao, khả năng chống tia UV tự nhiên và ổn định về mặt hóa học.

Nhờ cấu trúc này, ánh sáng mặt trời được phản xạ và tán xạ đều qua các lỗ rỗng siêu nhỏ, giảm chói mắt và ngăn hư hại do hấp thụ tia cực tím. Lớp màng polymer này không chỉ tự làm mát mà còn chống chịu thời tiết tốt, duy trì hiệu suất cao trong suốt quá trình thử nghiệm.

Tiến sĩ Ming Chiu, Giám đốc Công nghệ của Dewpoint Innovations, đồng tác giả nghiên cứu chia sẻ, thiết kế đạt độ phản xạ cao nhờ cấu trúc xốp bên trong, mang lại độ bền vượt trội mà không cần dùng các bột màu có nguy cơ gây hại môi trường. Bằng cách loại bỏ vật liệu hấp thụ tia UV, chúng tôi đã vượt qua giới hạn truyền thống của các lớp sơn phản xạ, đồng thời duy trì được sự hài hòa thị giác, tránh hiện tượng chói lóa.

Cũng theo Tiến sĩ Chiu, các giọt nước hình thành trên bề mặt lớp phủ sẽ tự động trôi xuống khu vực thu gom, nơi nước được tích trữ cho nhiều mục đích sử dụng. Công nghệ này đặc biệt hữu ích tại những vùng khô hạn hoặc bán khô hạn, nơi độ ẩm ban đêm tăng cao nhưng lượng mưa khan hiếm.

Giáo sư Neto bổ sung thêm: “Chúng tôi không hướng tới việc thay thế hoàn toàn nguồn nước mưa mà muốn bổ sung giải pháp tạo nước tự nhiên, thụ động và rẻ tiền. Ngay cả ở những vùng khô cằn, hiện tượng sương vẫn có thể xảy ra và lớp sơn này giúp tận dụng tối đa lượng hơi ẩm quý giá đó".

Khác với nhiều công nghệ mới còn dừng ở giai đoạn phòng thí nghiệm, sáng kiến này đang được thương mại hóa. Dewpoint Innovations hiện phát triển phiên bản sơn gốc nước, có thể thi công bằng rulo hoặc máy phun tiêu chuẩn, dễ ứng dụng trong xây dựng dân dụng lẫn công nghiệp.

Giám đốc điều hành Dewpoint Innovations, ông Perzaan Mehta, cho biết: “Chúng tôi tự hào hợp tác với Đại học Sydney để hiện thực hóa bước đột phá này. Công nghệ sơn gốc polymer của Dewpoint có thể thu nước từ khí quyển một cách thụ động, không tốn năng lượng, biến mái nhà và các công trình ở vùng xa xôi trở thành nguồn nước sạch đáng tin cậy. Đây là giải pháp quy mô lớn và thiết thực cho thách thức nước sạch toàn cầu".

Mặc dù vẫn trong giai đoạn đầu, nhóm nghiên cứu tin rằng sản phẩm có thể đưa ra thị trường trong tương lai gần. Khi đó, mỗi mái nhà không chỉ là lớp bảo vệ chống nắng nóng mà còn trở thành “máy tạo nước ngọt tự nhiên”, một bước tiến hướng tới các thành phố bền vững và thích ứng khí hậu.

Tiểu My