Chưng cất nước biển thành nước ngọt và sản xuất muối bằng ánh sáng mặt trời

Nguyên tắc chưng cất nước bằng ánh sáng mặt trời

Nước mặn phơi nắng trong một cái chậu sẽ bốc hơi và để lại muối dưới đáy chậu. Nếu ở trên chậu chúng ta đặt một tấm bằng vật liệu trong (tấm kính hay tấm nhựa trong) thì hơi nước sẽ bị tấm đó cản không bốc lên cao nữa. Vì tấm lạnh hơn là hơi nước, hơi nước sẽ ngưng thành những giọt nước không có muối bám ở mặt dưới tấm. Nếu chúng ta nghiêng tấm thì những giọt nước bám ở mặt tấm sẽ trượt xuống phía dưới của tấm. Vì nước tiếp tục bốc hơi, những hạt nước bám ở tấm lớn dần lên và tới lúc nào đó sẽ rơi tách khỏi tấm. Chúng ta có thể hứng những giọt nước đó để có nước ngọt (hình 1).

Dựa trên nguyên tắc đó, những người chăm lo đến cung cấp nước sạch ở những nơi hẻo lánh như hải đảo, ốc đảo,… đã sáng chế một số loại máy chưng cất nước chạy bằng ánh sáng mặt trời. Nguyên tắc này đã được những thủy thủ Hy Lạp áp dụng từ đời tiền cổ rồi. Vậy không ai có thể đòi chủ quyền công nghiệp của những sáng chế suy ra từ nguyên tắc này.

Hình 1 Nguyên tắc chưng cất nước bằng ánh sáng mặt trời

Trong bài này, chúng tôi xin trình bày hai máy chưng cất nước bằng ánh sáng mặt trời thích ứng nhất với điều kiện những hải đảo Việt Nam.

Giếng nước mặt trời

Người ta gọi là giếng mặt trời vì xưa kia ở sa mạc  người ta đào một cái hố, đặt ở giữa hố một lon hứng nước, phủ trên mặt hố một tấm không thấm, chèn tấm đó xung quanh hố bằng vài viên đá để tấm không rơi hay bay đi và đặt một viên đá ở trên tấm đó ở chỗ dưới có lon hứng nước. Như vậy tấm sẽ có hình nón đặt ngược. Nước thấm trong đất bốc hơi, ngưng ở tấm, chảy xuống và tụ ở nơi chũng có viên đá và rơi xuống lon hứng nước.
Để chưng cất nước mặn, chúng ta có thể làm một cách tương tự (hình 2) :

(a) đào một hố hình tròn sâu 30 cm và đường kính 60 cm (diện tích đáy hố xấp xỉ một mét vuông),
(b) lót trong hố một tấm nhựa đen,
(c) đổ chừng 5 lít nước mặn vào hố,
(d) đặt ở giữa hố một bình có thể chứa 3 lít nước,
(e) phủ hố bằng một tấm nhựa trong, chặn tấm nhựa đó với đất hay những viên đá xung quanh bờ hố,
(f) đặt một cục đất hay một viên đá ở giữa tấm nhựa ở vị trí thẳng đứng của cái bình,
(g) sáng sớm hôm sau, trước khi trời mọc, bóc tấm nhựa trong,
(h) lấy nước ngọt trong bình,
(i) tát nước mặn hãy còn trong hố ra,
(j) rửa tấm nhựa đen và, nếu muốn, lấy muối kết tinh trên tấm nhựa đen,
(k) đặt lại bình ở vị trí cũ,
(l) lập lại những tác động từ điểm (c) ở trên.

Hình 2 – Giếng nước mặt trời

Giếng mặt trời xây như vậy rất dễ nhưng chỉ có thể dùng tạm bợ vì những tấm nhựa sẽ chóng bị ánh sáng mặt trời hủy. Công suất tùy ở thời tiết. Mỗi mét vuông hố có thể cung cấp từ một lít rưỡi đến hơn hai lít nước ngọt mỗi ngày.

Hộp kính chưng cất nước

Những nghiên cứu sinh trường New Mexico State University đã nghiên cứu một cái hộp có thiết diện hình thang với mặt trên là một tấm kính trong[1] (hình 3). Hộp này trở thành một thương phẩm do El Paso Solar Energy Association và SolAqua bán.

Hình 2 – Hộp kính chưng cất nước của New Mexico State University

Chúng ta có thể xây tại chỗ một hộp kính tương tự (hình 4) :

(a) đào một hố xây có thể chứa được một bể nước hình chữ nhật rộng một mét, có tiết diện hình thang, một vách dọc cao 50 cm, vách dọc đối diện cao 30 cm và dài 100/200 cm,
(b) xây bể bằng mọi vật liệu bền vững,
(c) lớp bề trong với đá hay gạch hoa, đáy và vách bể cho tới 10 cm tính từ đáy bể phải có màu đen hay một màu thâm đậm, phần vách ở trên màu trắng hay một màu rất sáng,
(d) dọc vách thấp của bể gắn một máng nước dùng để hứng nước ngọt, một đầu máng có gắn một ống dùng để chiết nước ngọt ra ngoài,
(e) phủ bể bằng một tấm kính trong đóng khung thành một cửa kính.

Hình 4 – Hộp kính chưng cất nước

Mỗi buổi sáng, trước khi mặt trời mọc :
(a) mở cửa kính, lau chùi những vết nước để cho kính trong trở lại,
(b) tát nước mặn còn lại và múc muối ra khỏi đáy bể,
(c) đổ nước mặn để trong bể có 3/4 cm nước,
(d) đóng cửa kính,
(e) đặt một thùng rỗng ở đầu ống của máng để hứng nước ngọt chảy ra ngoài.

Chôn bể nước sẽ tránh cho thiết bị bị thiệt hại khi có bão. Thêm vào đó, vật liệu xây bể và đất xung quanh bể tích trữ năng lượng mặt trời làm cho thiết bị tiếp tục chạy đều đặn khi trời mưa hay có mây. Màu đen ở đáy bể hấp thụ ánh sáng mặt trời biến thành nhiệt năng dùng để hâm nóng nước trong bể. Màu trắng ở phần trên những vách bể phản xạ chiếu ánh sáng mặt trời xuống đáy bể tăng cường hiệu suất của thiết bị. Tốt nhất là vách cao của bể nên ở phía Bắc, vách thấp ở phía Nam và hai vách hình thang theo hướng Bắc Nam. Nhưng hướng bể như thế không phải là một điều kiện thiết yếu.
Mọi người đều có thể tự xây lấy thiết bị này mà không cần phải có tay nghề và vật liệu gì đặc biệt cả. Thiết bị xây như vậy sẽ kiên cố nên thích ứng với những nơi có người cư trú thường trực và trong một thời gian lâu. Công suât của thiết bị sẽ tùy ở thời tiết. Mỗi mét vuông bể có thể cung cấp từ một lít rưỡi đến hơn hai lít nước ngọt mỗi ngày. Ngoài ra chúng ta còn có thể sản xuất muối biển để bán cho ngành thực phẩm và ngành hóa học.

[1] Robert Foster và Eby Sharon Martin : Solar Water Purification for the Border : Solar Distillation, http://www.epsea.org/pdf/borderpact.pdf
SolAqua : Solar Still Basics, http://www.solaqua.com/solstilbas.html

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn: Đặng Đình Cung (Vietsciences)