Hệ thống này sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra áp suất hơi nước, qua đó vận hành được nồi hấp tiệt trùng cho các thiết bị y tế mà không cần tới điện.

Nồi hấp tiệt trùng thường được sử dụng để khử trùng các thiết bị y tế tại bệnh viện, phòng khám, cũng như các cơ sở nha khoa và khám chữa bệnh, bằng áp suất hơi nước ở nhiệt độ lên tới khoảng 125 độ C. Hơi nước này thường được cung cấp bởi các nồi đun chạy điện hoặc xăng, song điều này lại không không hiệu quả ở các vùng sâu vùng xa, nơi nhiên liệu rất hiếm, thiếu an toàn, và đắt đỏ.

Để đối phó với điều này, một nhóm nghiên cứu đến từ Đại học MIT và Viện Công nghệ Ấn Độ đã thiết kế ra một cơ chế sản xuất hơi nước bằng năng lượng mặt trời mà hoàn toàn không cần tới nhiên liệu và điện. Thiết bị này sẽ sử dụng một pin mặt trời rộng 2 mét vuông để vận hành một nồi hấp tiệt trùng cơ bản, và sẽ giúp việc khử trùng được đảm bảo an toàn với chi phí thấp tại các vùng xa. Hiện tại, thiết bị đã được thử nghiệm thành công tại Mumbai, Ấn Độ.

Nguồn ảnh: Nhóm nghiên cứu, được chỉnh sửa bởi MIT News

Chi tiết hệ thống đã được mô tả trên nghiên cứu mới được đăng tải trên tờ Joule, và được thực hiện bởi nghiên cứu sinh thạc sỹ Lin Zhao, Giáo sư MIT Evelyn Wang và Gang Chen, cùng với 10 tác giả khác tại MIT và Viện Công nghệ Ấn Độ tại Bombay.

Mấu chốt của hệ thống nằm ở chất liệu siêu mỏng nhẹ aerogel, được phát triển bởi Wang và các đồng nghiệp vào nhiều năm trước. Về cơ bản, aerogel tương tự như một tấm xốp nhẹ rỗng khí được làm từ Silic – nguyên tố tạo nên cát biển, đồng thời có khả năng cách nhiệt tốt, với độ truyền nhiệt được giảm đi tới 10 lần.

Chất liệu trong suốt, cách nhiệt này sẽ được gắn trên một máy nóng lạnh năng lượng mặt trời thông thường – gồm một đĩa đồng với bọc ngoài hút nhiệt màu đen với nhiều ống ở mặt dưới. Khi đĩa này nóng lên do mặt trời, nhiệt sẽ được chuyển vào lượng nước đang chảy bên trong các ống nới trên. Tuy nhiên, khi bổ sung thêm một lớp cách nhiệt và các gương nhôm hai bên cạnh đĩa, đĩa sẽ hút được nhiều ánh sáng mặt trời hơn, tạo ra hơi nước nóng thay cho nước nóng. Nước được truyền lên đĩa thông qua cơ chế trọng lực, còn hơi nước sẽ tự nổi lên bên trên trước khi được dẫn tới nồi hấp tiệt trùng bằng một trong các ống kể trên. Để việc khử trùng được hiệu quả, ta sẽ cần phải duy trì một lượng hơi nước ổn định.

Wang, giáo sư khoa Kỹ sư Cơ khí kiêm trưởng khoa tại MIT, đã chia sẻ rằng, phát minh này là nhằm giải quyết vấn đề thiếu điện và nhiên liệu tại nhiều vùng ở các quốc gia đang phát triển. “Chúng tôi coi đây là một cơ hội để tìm kiếm một hệ thống rẻ, thụ động, và sử dụng được năng lượng mặt trời để tạo hơi nước sao cho đủ để khử trùng,” bà nói.

Việc được thử nghiệm hệ thống này tại một thành phố quan trọng như Mumbai, cũng là một điểm cộng lớn, bà chia sẻ, đồng thời nhận định rằng, một hệ thống như vậy là vô cùng có ích cho thành phố này.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, kể cả khi thời tiết có nhiều mây và sương mù với lượng ánh sáng chỉ ở khoảng 70% so với ngày nắng, thiết bị vẫn có thể sản xuất đủ hơi nước để duy trì tiệt trùng suốt 30 phút.

Hệ thống mới được thử nghiệm trên quy mô nhỏ, song nó đã chứng minh rằng, lượng hơi nước được tạo ra là đủ cho cả các nồi hơi tiệt trùng cỡ lớn – loại thường được dùng trong bệnh viện.

Tuy nhiên, nghiên cứu lại tương đối khó để triển khai do sự khan hiếm của chất liệu aerogel. Một công ty được thành lập bởi đồng tác giả Elise Stroback, cũng đã thử mở rộng quy mô sản xuất cho chất liệu này. Tuy nhiên, ở hiện tại, aerogel vẫn chủ yếu được sản xuất trên quy mô nhỏ, tại phòng thí nghiệm, và vì vậy giấc mơ khử trùng bằng năng lượng mặt trời sẽ còn tốn vài năm để thực hiện.

Ngoại trừ aerogel, các vật liệu khác của hệ thống đều có giá thành thấp và độ phổ biến cao. Do đó, việc bảo trì và sửa chữa các hệ thống này là tương đối dễ dàng, bất kể người dùng đang ở đâu trên thế giới. Theo Zhao, tổng chi phí cho một mẫu thử của thiết bị còn chưa tới 40 USD (dưới 1 triệu đồng) và cho một bản hoàn chỉnh dự kiến dưới 160 USD (4 triệu đồng). Vì vậy, một khi aerogel được thương mại hóa, mọi thứ sẽ có thể được sản xuất tại địa phương.

Quy trình này rất có thể sẽ còn được dùng cho nhiều mục đích khác, đội ngũ nghiên cứu chia sẻ. Một ví dụ là các hệ thống xử lý F&B sử dụng hơi nước nóng và nhiên liệu hóa thạch. Và nếu hệ thống thành công, các hệ thống này sẽ không cần tới nhiên liệu nữa, giảm bớt đáng kể chi phí cho doanh nghiệp.

Hệ thống này có thể sẽ giảm chi phí so tới 10 lần so với các hệ thống thông thường, do không cần tới các thiết bị phụ trợ như gương, mà chỉ cần tới aerogel.

Đây là một bước tiến rất đáng kể,” Ravi Prasher, giáo sư Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học California, Berkeley, kiêm phó giám đốc Phòng nghiên cứu Quốc gia Lawrence Berkeley chia sẻ. “Nghiên cứu này đã giải quyết được ‘cơn đau đầu’ suốt nhiều năm qua về việc sản xuất hơi nước nóng một cách hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.”

Nghiên cứu vô cùng chất lượng. Việc có thể mang các kỹ thuật tiệt trùng tới vùng xa và cộng đồng thu nhập thấp, không có điện ổn định, là rất quan trọng. Do đó, thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời này của MIT là một phát minh đáng lưu tâm,” Prasher bổ sung.

Đội ngũ nghiên cứu cũng bao gồm Bikram Bhatia, Lenan Zhang, Arny Leroy, Sungwoo Yang, Thomas Cooper, và Lee Weinstein đến từ MIT, cùng với Manoj Yadav, Anish Modi, và Shireesh Kedsare đến từ Viện Công nghệ Ấn Độ tại Bombay. Công trình cũng được hỗ trợ bởi Trung tâm Tata, Đại học MIT và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

Theo MIT News

Tin liên quan: