Trong khi người dân tại các quốc gia phát triển được tiếp cận hệ thống xử lý nước hiện đại với công nghệ lọc tiên tiến và khử trùng bằng tia cực tím, thì ở nhiều khu vực thuộc các nước đang phát triển, đặc biệt tại châu Phi và Nam Mỹ, những giải pháp này vẫn còn hạn chế.

Một nhóm nhà khoa học Mỹ do Eric Ryberg, trợ lý giáo sư tại Đại học Connecticut, phối hợp với các đồng nghiệp từ Đại học Yale, đã phát triển một hệ thống có khả năng khử trùng nước bằng cách tận dụng nguồn năng lượng mặt trời sẵn có, mở ra hướng tiếp cận đầy triển vọng cho các cộng đồng thiếu nước sạch.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí npj Clean Water, thiết bị mới được thiết kế nhỏ gọn, tận dụng sự kết hợp của nhiều phương pháp xử lý nước dựa trên năng lượng mặt trời. Theo nhóm nghiên cứu, việc tích hợp nhiều cơ chế giúp nâng cao hiệu quả khử trùng, đồng thời đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn an toàn.

Trước đây, phương pháp làm sạch nước phổ biến nhất là đun sôi. Tuy nhiên, cách này tiêu tốn nhiều năng lượng và không phải lúc nào cũng khả thi. Ngoài ra, các phương pháp lọc cơ học như sử dụng bình gốm hay lớp trầm tích chỉ có thể loại bỏ một phần vi sinh vật.

Một số giải pháp khác như thanh trùng bằng năng lượng mặt trời hoặc phơi nước dưới ánh nắng (SODIS) cũng đã được áp dụng. Trong điều kiện nắng tốt, phương pháp này có thể tiêu diệt tới 99,9% vi khuẩn sau khoảng 6 giờ. Tuy vậy, hiệu quả giảm đáng kể trong điều kiện thời tiết xấu, và đặc biệt kém hiệu quả với virus có kích thước nhỏ và khó tiêu diệt.

Điểm đột phá của hệ thống mới nằm ở việc sử dụng hợp chất phản ứng với ánh sáng được gọi là chất nhạy quang. Khi được hấp thụ năng lượng mặt trời, các chất này kích hoạt oxy trong nước, tạo ra dạng oxy phản ứng có khả năng tiêu diệt vi khuẩn và virus hiệu quả. Đặc biệt, chất nhạy quang còn giúp khắc phục hạn chế của các phương pháp truyền thống khi xử lý virus, vốn là một trong những thách thức lớn nhất trong xử lý nước.

Trong nghiên cứu, nhóm sử dụng phẩm màu thực phẩm erythrosine làm chất nhạy quang. Khi quá trình khử trùng hoàn tất, màu sắc của nước sẽ thay đổi, đóng vai trò như một tín hiệu trực quan giúp người dùng biết khi nào nước đã an toàn để uống.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, dưới cường độ ánh sáng mặt trời mạnh (khoảng 1.100 W/m²), nước có thể đạt tiêu chuẩn an toàn trong chưa đầy một giờ. Ở các lần xử lý tiếp theo, thời gian thậm chí rút ngắn còn khoảng 28 phút. Thử nghiệm thực địa tại Guatemala đã xác nhận tính chính xác của các dự đoán này.

Thử nghiệm tại nhiều khu vực có điều kiện khí hậu khác nhau như Cape Town (Nam Phi), Sololá (Guatemala) và Phoenix (Mỹ), kết quả cho thấy hệ thống có thể cung cấp khoảng 50 lít nước sạch mỗi người mỗi ngày trong hầu hết thời gian trong năm.

Thiết bị cũng có thể dễ dàng mở rộng quy mô, từ phục vụ hộ gia đình đến triển khai cho cả cộng đồng.

Trong bước phát triển tiếp theo, nhóm đang hướng tới việc thay thế các chất nhạy quang tổng hợp bằng hợp chất tự nhiên như diệp lục hoặc hypericin nhằm giảm thiểu rủi ro về độc tính, đồng thời tăng tính bền vững cho công nghệ.