Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khan hiếm nước đang trở thành thách thức toàn cầu, các nhà khoa học tại Đại học Sydney (Australia) và công ty khởi nghiệp Dewpoint Innovations đã phát triển một công nghệ sơn mái mang tính đột phá, có khả năng vừa làm mát công trình, vừa thu gom nước ngọt trực tiếp từ không khí. Đây được xem là một trong những bước tiến mới trong lĩnh vực VLXD khả năng biến mỗi mái nhà thành “nhà máy sản xuất nước” thụ động, đồng thời giảm tải năng lượng làm mát cho công trình.
Lớp phủ nano kép phản xạ ánh sáng và ngưng tụ hơi nước
Khác với các loại sơn phản quang thông thường, lớp phủ mới này được tạo nên từ polymer nano PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropene), là một vật liệu có cấu trúc xốp siêu nhỏ. Nhờ cấu trúc đặc biệt này, bề mặt sơn phản xạ tới 97% tia nắng mặt trời và giúp nhiệt độ trong nhà thấp hơn không khí bên ngoài tới 6°C.
Chính sự chênh lệch nhiệt độ này khiến hơi nước trong không khí ngưng tụ lại trên mái nhà, hình thành những giọt sương li ti. Quá trình này tương tự như hiện tượng sương đọng trên mặt gương lạnh vào buổi sáng, nhưng được duy trì ổn định và thu gom có kiểm soát.
Trong các thử nghiệm tại Trung tâm Khoa học Nano Sydney, lớp phủ đã giữ sương hiệu quả trong hơn 30% thời gian trong năm, tạo ra trung bình 390 ml/m2 mái mỗi ngày. Với một mái nhà dân dụng rộng khoảng 12 m², lượng nước thu được có thể đạt 4,7 lít/ngày, đủ cho các nhu cầu cơ bản như tưới cây...
Dewpoint Innovations nhận định, trên một mái nhà dân dụng trung bình, người dùng có thể thu được lượng nước đủ đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cơ bản, đặc biệt tại những khu vực khô hạn.
Theo nhóm nghiên cứu, yếu tố mang tính cách mạng của lớp sơn không nằm ở màu sắc mà ở cấu trúc vật liệu. Thay vì dùng titanium dioxide, chất phản xạ tia UV thường thấy trong sơn thương mại, lớp sơn này tận dụng các lỗ rỗng nano để khuếch tán ánh sáng.
Những “túi khí” li ti này khiến ánh sáng mặt trời bị tán xạ theo nhiều hướng mà không gây chói, đồng thời tránh sử dụng các chất hấp thụ tia UV dễ phân hủy theo thời gian. Nhờ đó, lớp sơn tự làm mát và có độ bền cao, chịu được điều kiện khắc nghiệt của nắng nóng Australia trong suốt 6 tháng thử nghiệm ngoài trời, mà không có dấu hiệu xuống cấp.
TS Ming Chiu - Giám đốc Công nghệ của Dewpoint Innovations và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Thiết kế của chúng tôi đạt được độ phản xạ cao nhờ cấu trúc xốp bên trong, mang lại độ bền mà không gặp phải những nhược điểm môi trường như lớp phủ gốc bột màu. Bằng cách loại bỏ các vật liệu hấp thụ tia UV, chúng tôi đã vượt qua giới hạn truyền thống của sơn phản xạ năng lượng mặt trời mà vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ và khả năng ứng dụng thực tế”.
Nguồn nước bền vững trong tương lai đô thị khô hạn
Những giọt nước hình thành trên mái nhà được dẫn về hệ thống thu gom thông qua độ dốc hoặc ống dẫn sẵn có. Theo nhóm nghiên cứu, lượng nước này có thể sử dụng cho tưới tiêu, hệ thống làm mát phun sương, hoặc sản xuất hydro xanh, những lĩnh vực vốn tiêu thụ nước lớn trong đô thị.
GS Chiara Neto - Đại học Sydney nhấn mạnh, công nghệ này không chỉ mở rộng giới hạn của sơn mái mát mà còn mở ra cơ hội tạo ra nguồn nước ngọt phi tập trung, chi phí thấp và thân thiện môi trường, điều đặc biệt cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
Theo GS Chiara Neto, sương có thể hình thành ngay cả trong các vùng khô hạn và bán khô hạn nơi độ ẩm tăng vào ban đêm. Do đó, lớp sơn này không nhằm thay thế lượng mưa, mà đóng vai trò bổ sung nguồn nước quý giá khi khan hiếm.
Khác với nhiều công nghệ mới chỉ dừng ở giai đoạn nguyên mẫu, dự án này đã được mở rộng quy mô sản xuất. Dewpoint Innovations đang phát triển phiên bản sơn gốc nước, có thể thi công dễ dàng bằng chổi lăn hoặc máy phun, tương tự như các loại sơn dân dụng hiện nay.
Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tối ưu công thức và độ bền của lớp phủ, đồng thời thử nghiệm tại nhiều vùng khí hậu khác nhau trước khi chính thức thương mại hóa. Dự kiến, phiên bản sơn đầu tiên có thể ra mắt trong vòng hai năm tới.
Theo các chuyên gia vật liệu, công nghệ sơn làm mát – tạo nước này có thể mang lại lợi ích kép, đặc biệt trong phát triển nhà ở xã hội, đô thị xanh và vùng khô hạn. Trong bối cảnh nhu cầu tiết kiệm năng lượng và tái sử dụng nước ngày càng cấp bách, việc kết hợp sơn phản xạ nhiệt với thu nước khí quyển có thể giúp giảm tải điện năng làm mát, đồng thời cung cấp nguồn nước phụ trợ tự nhiên.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi cho các khu đô thị ven biển, nhà công nghiệp và khu dân cư ở những nơi thường xuyên chịu nắng nóng.
