Lấy điện từ nước đang bay hơi bằng những que tí hon

Một cái đèn trần 36 oát sáng bình thường, nhưng thứ nuôi nó không phải ổ điện trong tường, cũng không phải tấm pin mặt trời trên mái. Nó sáng nhờ nước đang bay hơi. Đúng thứ chuyện vẫn xảy ra với cốc nước bạn để quên trên bàn: sáng ra cốc cạn đi một ít, nước biến thành hơi rồi tan vào không khí.

Chuyện cốc nước cạn nghe chán, nhưng nó giấu một điều lạ. Nước muốn bay hơi thì phải lấy nhiệt ở đâu đó, và nó lấy ngay của không khí quanh nó. Nguồn nhiệt ấy có mặt khắp nơi, miễn phí, không phụ thuộc trời nắng hay trời mưa. Vấn đề là nó quá loãng và tản mát, nên rất khó tóm lại thành điện.

Nó là cái gì

Thiết bị mới có tên vertical microrod generator, viết tắt VMG, tạm dịch là máy phát vi thanh dựng đứng. Bạn hãy hình dung một cái que hình trụ nhỏ xíu, dựng thẳng lên như cây cột, đường kính khoảng 550 micromet. Một micromet là một phần triệu của mét, nên 550 micromet chỉ nhỉnh hơn nửa mi li mét một chút, mảnh cỡ một sợi mì hay đầu ngòi bút bi. Chân que ngâm trong nước, thân que hút nước lên rồi để nước bay hơi ở phía trên.

Một que như vậy tự nó chẳng làm được gì đáng kể. Sức mạnh nằm ở chỗ xếp thật nhiều que sát nhau thành một mảng, giống như một bàn chải khổng lồ dựng ngược. Nhóm nghiên cứu ở Đại học Tô Châu (Soochow University) đã dùng những mảng như thế để thắp đèn khẩn cấp, đèn pin laser, chạy hệ thống giám sát báo khói, một màn hình hiển thị thông tin, và cái đèn trần 36 oát nhắc ở đầu bài. Công trình do Miao Wu, Tianyi Wang cùng các cộng sự thực hiện, đăng trên tạp chí Nature Energy năm 2026.

Trước đây người ta làm thế nào

Ý tưởng lấy điện từ nước bay hơi không phải mới. Cách làm quen thuộc dựa vào một điều thú vị: trong nước luôn có sẵn những hạt mang điện gọi là ion, phần lớn đến từ muối hoà tan. Khi nước chảy men theo một bề mặt cũng mang điện, bề mặt ấy giữ lại một loại ion và đẩy loại còn lại đi theo dòng. Thế là một đầu dồn nhiều điện tích hơn đầu kia, và chênh lệch đó chính là điện áp. Các nhà khoa học gọi hiện tượng này là thế dòng chảy (streaming potential).

Nhưng suốt nhiều năm, những máy phát kiểu này cho ra quá ít điện để dùng thật. Lý do khá đời thường: nước trong các vật liệu ấy chảy chậm và chảy lung tung, mỗi hạt đi một hướng, va vấp khắp nơi. Nhiệt mà nước vừa lấy được từ không khí bị tiêu tán mất trước khi kịp biến thành điện. Giống như bạn đổ nước vào một cái rổ rồi mong hứng được đầy chậu ở dưới.

Nó hơn ở điểm nào

Điểm mới của que dựng đứng là bắt nước chảy nhanh và chảy theo đúng một hướng, từ dưới lên trên. Hình dạng trụ mảnh tạo ra một chênh lệch áp suất kéo nước đi thẳng, nên các ion gần như phóng một mạch thay vì lang thang va đập. Các nhà nghiên cứu gọi kiểu di chuyển này là vận chuyển ion gần đạn đạo (quasi-ballistic ion transport), tức là hạt bay tới đích với rất ít lần đổi hướng, giống viên đạn hơn là giống người len qua đám đông.

Con số họ đo được: hiệu suất chuyển đổi năng lượng 21,5 phần trăm, mật độ công suất 14,3 oát trên mỗi mét vuông. Thiết bị chạy ổn định suốt 30 ngày trong điều kiện thường, và vẫn giữ hiệu suất trên 20 phần trăm khi nhiệt độ môi trường thay đổi trong khoảng 30 độ.

Có một chi tiết đáng để ý: kích thước 550 micromet không phải do ai đó ngồi nghĩ ra rồi thử may rủi. Nhóm nghiên cứu gom 331 kết quả đo từ chính thí nghiệm của mình, cộng thêm 254 kết quả lấy từ các nghiên cứu đã công bố trước đó, rồi huấn luyện tám mô hình học máy (machine learning) khác nhau. Máy học từ sáu yếu tố gồm chiều dài, chiều rộng, độ dày của máy phát, điện tích bề mặt, nồng độ muối trong nước và nhiệt độ môi trường, rồi đoán trước điện áp, mật độ dòng và mật độ công suất. Mô hình đoán chuẩn nhất tên là XGBoost. Chính nó chỉ ra đường kính nên là bao nhiêu, và nhóm nghiên cứu chế tạo que theo đúng con số ấy.

Còn vướng ở đâu

Đây mới là bản mẫu trong phòng thí nghiệm, chưa phải món hàng bạn mua được ở đâu cả.

Vướng thứ nhất là số lượng. Bản trình diễn lớn nhất trong đợt đầu cần tới 8.400 vi thanh. Làm ra ngần ấy que tí hon rồi lắp chúng lại cho ngay ngắn là việc tốn công, và chưa có quy trình sản xuất đơn giản để làm hàng loạt. Nhóm nghiên cứu nói rõ hướng tiếp theo là thu nhỏ hệ thống và giảm bớt số que cần dùng.

Vướng thứ hai là độ bền. Chạy tốt 30 ngày là tín hiệu tốt, nhưng 30 ngày chưa nói được gì về chuyện thiết bị sống nổi vài năm ngoài đời thật hay không. Nước có muối, có bụi, có vi khuẩn, và bề mặt mang điện thì rất dễ bị bám bẩn.

Vướng thứ ba nằm ở chính con số 14,3 oát trên mỗi mét vuông. Một mét vuông nắng giữa trưa cho khoảng 200 oát, gấp hơn mười lần. Nên câu hỏi không phải là thứ này có thay được tấm pin mặt trời không, mà là nó hợp với chỗ nào. Bạn thử nghĩ xem: chỗ nào râm, chỗ nào ban đêm, chỗ nào ẩm ướt mà pin mặt trời đành chịu thua?

Thử ở nhà

Nhúng ướt mu bàn tay rồi thổi nhẹ. Chỗ da ướt mát hơn hẳn chỗ da khô, và cái mát ấy chính là nhiệt đang bị nước bay hơi lấy đi khỏi tay bạn. Làm lại thử nghiệm này ở chỗ có gió và chỗ kín gió, xem chỗ nào mát nhanh hơn. Kết quả bạn cảm nhận được cũng là kết quả mà những cái que tí hon kia đang tìm cách biến thành điện.

Lưu ý

Bài viết dựa trên tin khoa học đã công bố, viết lại cho bạn đọc nhỏ tuổi. Có chỗ nào con muốn tìm hiểu thêm thì rủ bố mẹ đọc cùng nhé.