Phùng Văn Long và Mai Nhật Anh, học sinh lớp 12A3 trường THPT chuyên Phan Bội Châu (Nghệ An) vừa hoàn thiện Hệ thống chưng cất nước mặn thành nước ngọt với kỹ thuật chân không bằng bơm thủy lực bởi năng lượng sóng biển.
Là học sinh chuyên Lý, Văn Long và Mai Anh có chung niềm đam mê nghiên cứu những mô hình, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào cuộc sống. Tháng 3/2017, được thầy giáo phổ biến về cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia, hai em hào hứng tìm đề tài tham dự.
“Qua báo chí và các tài liệu cho thấy nước ngọt đang thiếu, cả ở Việt Nam và thế giới. Vùng ven biển và hải đảo, người dân không đủ nước sinh hoạt làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng cuộc sống. Trong khi đó biển chiếm 3/4 bề mặt trái đất, nguồn năng lượng mặt trời lại vô hạn. Đây chính là nguồn tài nguyên để giải quyết vấn đề thiếu nước ngọt”, Long giải thích về lý do chọn đề tài.
Thực hiện dự án, Long và Anh gặp nhiều thử thách bởi để hoàn thiện phải tốn rất nhiều thời gian, công sức và cả chi phí. Trong khi hàng ngày các em phải đi học ở trường, tiền phải xin từ gia đình. Có những hôm đôi bạn phải xin nghỉ học để tập trung cho dự án và nhằm đảm bảo tiến độ.
Được thầy Mai Văn Quyền, giáo viên bộ môn Vật lý hướng dẫn, sau hai tháng mày mò thiết kế, vẽ sơ đồ, ba thầy trò đã hoàn thiện sơ đồ cho mô hình. Tiếp theo, hai nam sinh cùng gom kinh phí đi mua vật liệu. Với những vật liệu có thể tận dụng đồ cũ, hai em đến các bãi đồng nát. Một số công đoạn cần chế tác thiết bị cầu kỳ, hai em đem mẫu thuê thợ cắt, tiện...
“Là sản phẩm lần đầu nên tất cả thiết bị của mô hình đều phải chế tác mà không có sẵn. Có những bộ phận khi hoàn thiện thì thấy rất đơn giản, nhưng có thể phải chế tác nhiều lần và tốn nhiều chi phí...”, Nhật Anh kể về khó khăn.
Hơn nửa năm nghiên cứu thực tế lắp ráp thử dự án đã hoàn thành với các bộ phận chính như: bình đun và chảo thu năng lượng, bơm thủy lực sử dụng năng lượng sóng, ống inox tụ hơi thành nước, xi lanh nước, xi lanh hơi, van một chiều, van tiết lưu, van mở, khóa nước…
Khác với hầu hết dự án khoa học có thể thực nghiệm trên cạn thì mô hình này phải đưa xuống biển. Trọng lượng mô hình khoảng 70 kg, trong đó có nhiều bộ phận cồng kềnh như gương cầu thu năng lượng mặt trời, hệ thống van thủy lực…, hai bạn phải thuê ôtô tải di chuyển gần 20km từ TP Vinh tới biển Cửa Lò.
Về nguyên lý hoạt động của hệ thống, Long cho biết, khi cho xuống mực nước biển sâu chừng 40 cm, hệ thống bơm thủy lực sẽ hoạt động nhờ sự lên xuống của sóng, bơm nước biển vào làm mát bình ngưng. Từ đây, nước biển sẽ dẫn theo ba hướng: xi lanh nước, xi lanh quay chảo và buồng hóa hơi. Nước trong buồng hóa hơi được đun nóng bởi năng lượng mặt trời từ gương cầu. Piston nước hoạt động liên tục nhờ sự điều chỉnh nước ra vào van 3/2.
Tiếp đó, piston của xi lanh hơi được gắn chặt với piston nước của xi lanh nước, nên nó hút hơi nước từ buồng hóa hơi đưa đến bình ngưng tự, làm cho áp suất buồng bay hơi giảm, còn áp suất bình ngưng tụ tăng. Trong khi đó gương cầu lõm tự động quay theo hình quạt với chu kỳ 24 giờ bởi xi lanh thủy lực, điều chỉnh bởi van tiết lưu và van 5/2. Gương quay sao cho trục chính của nó luôn song song với tia nắng mặt trời.
Trên thực tế nếu biển không động, với hệ thống có dung tích buồng bay hơi 1,7 lít, sau 8 giờ có nắng hệ thống sẽ thu được 10 lít nước ngọt. Chỉ số này có thể thay đổi tùy theo nhiệt độ ngoài trời. Trời càng nắng nóng thì hệ thống hoạt động càng hiệu quả, và ngược lại.
Long và Anh mong muốn có kinh phí để tiếp tục sáng chế thêm hệ thống cảm biến sử dụng bằng năng lượng mặt trời, khi mặt trời xoay đi đâu thì gương sẽ xoay theo đó để tối ưu hóa hệ thống. Các em cũng muốn nghiên cứu hệ thống này để ứng dụng trên các tàu thuyền đánh cá trên biển.
Thầy Mai Văn Quyền, giáo viên trực tiếp hướng dẫn cho hay, đây là dự án phức tạp, song ứng dụng rất tốt vào thực tế bởi nhiều nơi đang thiếu nước ngọt và thừa nước mặn.
Long và Anh thông minh, rất thích tìm tòi. Đề tài đòi hỏi độ chính xác cao, nhưng các em đều hoàn thành, thầy Quyền nói. Dự án tốn 50 triệu đồng, song nếu đưa bản thiết kế này để chế tác đồng loạt thì kinh phí chỉ mất chừng 6-7 triệu đồng/thiết bị. Số tiền này hoàn toàn phù hợp với kinh tế của các hộ gia đình.
Mô hình của hai nam sinh đã vượt trên 200 dự án để giành giải nhất cuộc thi khoa học kỹ thuật cấp quốc gia khu vực miền Bắc, do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức. Dự án sẽ được Bộ Giáo dục tuyển chọn để đưa đi dự thi quốc tế.
