Biến nước biển thành nước ngọt - Lời giải cho bài toán thiếu nước

Trong bối cảnh nguồn nước ngày một khan hiếm từ những hệ luỵ tiêu cực của biến đổi khi hậu, sản xuất nước ngọt bằng công nghệ khử muối được một số quốc gia tính đến như một giải pháp bền vững lâu dài.

________________________

Công nghệ khử muối được xem là một giải pháp, đem lại hiệu quả cao nhằm ứng phó với các vấn đề về môi trường như: cạn kiệt nguồn nước xét trên cả số lượng và chất lượng do dân số toàn cầu tăng nhanh, nắng nóng khắc nghiệt, hạn hán kéo dài, cũng như tình trạng biến đổi khí hậu và hiện tượng El Nino.

“Đây là một biện pháp khả thi trong bối cảnh tình trạng khan hiếm nguồn nước đang ngày một trở nên trầm trọng hơn. Ngành công nghiệp này đang phát triển mạnh mẽ. Trong 5 - 10 năm tới, chắc chắn chúng ta sẽ thấy ngày càng nhiều nhà máy khử muối, chuyển hoá nước biển thành nước ngọt”, Tiến sĩ Manzoor Qadir, nhà khoa học nghiên cứu môi trường thuộc Chương trình Phát triển Con người và Nước tại Đại học Liên Hợp Quốc nhận định.

Trung Đông và Bắc Phi hiện là những khu vực đi đầu trong công cuộc ứng dụng công nghệ khử muối trên toàn cầu, trong đó nổi bật là Saudi Arabia, với một loạt các dự án lớn đã và đang được triển khai. Trên thực tế, nguồn nước sinh hoạt ở hầu hết các quốc gia này thấp hơn rất nhiều so với định mức khan hiếm nước của Liên Hợp Quốc, lượng nước cung cấp cho một người mỗi ngày tối thiểu phải đạt 1,3 mét khối. Theo một báo cáo của Ngân hàng Thế giới năm 2017, biến đổi khí hậu sẽ là áp lực lớn nhất trong việc duy trì nguồn cung nước sạch trong tương lai.

Tại Saudi Arabia, công nghệ khử muối giúp chuyển hoá nước biển thành nước ngọt có vai trò huyết mạch đói với nền kinh tế, cũng như đời sống xã hội của quốc gia này. Nguồn nước được sản xuất từ công nghệ khử muối chiếm khoảng 50% tổng lượng nước ngọt ở quốc gia 33 triệu dân này, một trong những nước thiếu nước nhất trên thế giới.

Nhà máy khử muối quan trọng nhất của Saudi Arabia được đặt trong Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (Kaust), đây được xem là một trung tâm nghiên cứu quốc tế “mọc lên” giữa sa mạc khô cằn từ cách đây khoảng một thập kỷ trước. Nước ngọt được sản xuất bằng công nghệ tách muối từ Biển Đỏ không chỉ được đưa vào sử dụng tại các phòng thí nghiệm trong khuôn viên trường, mà còn được dẫn đến các khu dân cư, nhà hàng, sân vận động và bể bơi công cộng trong những vùng lân cận.

Tuy nhiên, đến nay, công nghệ khử muối, chuyển hoá nước biển thành nước ngọt chưa được ứng dụng rộng rãi trên quy mô lớn, mà hầu như chỉ được triển khai ở một số quốc gia phát triển. “Ở những nước thu nhập thấp, giải pháp này gần như còn rất xa lạ và chưa được tính đến”, Tiến sĩ Qadir cho biết. Nguyên nhân chính đằng sau thực trạng này là vấn đề chi phí, không chỉ chi phí chuyển giao công nghệ, mà quá trình vận hành một nhà máy khử muối, sản xuất nước ngọt cũng tiêu tốn rất nhiều chi phí, như năng lượng và môi trường.

Phương pháp khử muối gần như chỉ được triển khai ở các quốc gia phát triển giàu có, đặc biệt là những quốc gia có khả năng tiếp cận với vùng biển lớn, dù môi trường nước lợ cũng có thể ứng dụng được. Ngoài khu vực Trung Đông và Bắc Phi, các nước như Mỹ, Úc, Tây Ban Nha và Trung Quốc cũng đang đẩy mạnh tiến trình ứng dụng công nghệ khử muối, nhằm giải quyết được phần nào tình trạng khan hiếm nguồn nước ngọt. Thế nhưng, dù nguồn nước biển là vô hạn, lượng nước được sản xuất bằng phương pháp khử muối vẫn chỉ chiếm khoảng 1% tổng lượng nước ngọt trên thế giới.

Các nhà khoa học trên khắp thế giới hiện đang nghiên cứu cách thức cải thiện quy trình công nghệ này bằng việc chế tạo ra những màng lọc bền vững, qua đó trên mỗi đơn vị năng lượng sẽ sản xuất được nhiều nước hơn. Mục tiêu hướng tới nhằm nâng cao khả năng ứng dụng phương pháp này ở nhiều quốc gia với một mức chi phí hợp lý hơn và hiệu quả năng suất cao hơn.

Ngay cả ở Saudi Arabia, quốc gia đi đầu trong hoạt động ứng dụng công nghệ khử muối trên thế giới, chiếm khoảng 1/5 tổng sản lượng nước ngọt được sản xuất theo phương pháp này trên quy mô toàn cầu, các nhà nghiên cứu, kỹ sư chuyên ngành cũng đang hướng tới mục tiêu đó. “Chúng tôi đang cố gắng phát triển các quy trình mới, tiêu thụ ít năng lượng hơn và thân thiện với môi trường hơn”, ông Noreddine Ghaffour, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Tái sử dụng và Khử mặn nước thuộc trường Kaust, chia sẻ.

Bên ngoài nhà máy khử muối tại trường Kaust, bốn bể chứa sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược đang được triển khai. Đây là một phương pháp mới được sử dụng trong quá trình khủ muối nước biển. Ở phương pháp này, khi các phân tử nước đi qua màng lọc bằng cát với áp suất lớn, thành phẩm cho ra sẽ là nước tinh khiết, trong khi muối và hầu hết các tạp chất khác sẽ bị giữ lại. Phương pháp này giúp giảm đáng kể chi phí và đem hiệu quả rất cao.

“Việc sử dụng màng lọc bền vững trong quy trình trình khử muối là một bước đột phá. Dù phương pháp này đã được phát hiện vào năm 1970, nhưng phải đến thời điểm hiện tại, hoạt động ứng dụng trong sản xuất mới có thể đạt công suất tối đa vào khoảng 1 triệu mét khối nước ngọt mỗi ngày”, ông Paul Buijs, chuyên gia nghiên cứu tại Trung tâm Tái sử dụng và Khử mặn nước thuộc trường Kaust, chỉ rõ. “Thế nhưng, dù con số này là rất lớn, để tiếp tục nâng cao năng suất hơn gấp 10 lần, quá trình nghiên cứu vẫn cần phải thực hiện trong vòng từ 15 đến 20 năm nữa”.

Nhiều quốc gia đã được tính đến việc chuyển đổi sử dụng năng lượng tái tạo thay thế cho năng lượng hoá thạch nhằm phát triển quy trình khử muối, sản xuất nước ngọt bền vững hơn. Chính phủ Saudi Arabia đã đưa ra cam kết tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo, nhằm giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ và đa dạng hóa nền kinh tế vào năm 2030.

Tuy nhiên, những nỗ lực chuyển đổi sử dụng năng lượng tái tạo trong quy trình khử muối vẫn đang ở giai đoạn đầu và còn gặp phải một số hạn chế. Năng lượng tái tạo về bản chất là một loại năng lượng “không liên tục”, một nhà máy khử muối vẫn cần các nguồn năng lượng thông thường để hoạt động vào ban đêm, khi không có mặt trời và gió.

“Vận hành các nhà máy hoạt động bằng năng lượng tái tạo 24 giờ một ngày, mục tiêu đó chúng ta chưa đạt được, nó vẫn là một đich đến ở tương lai”, ông Thomas Altmann, Phó Chủ tịch ACWA Power, công ty sở hữu các nhà máy điện và khử muối trên toàn thế giới, chia sẻ.

Phần lớn các nhà máy khử muối của các nước hiện vẫn sử dụng phương pháp cũ, hoạt động hoàn toàn dựa vào năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch. Phương pháp này sẽ tiêu tốn rất nhiều năng lượng, khi nước biển sẽ được đun sôi trong các nhà máy, và nước ngọt sẽ được thu thập từ quá trình ngưng tụ hơi nước. Năm 2009, theo số liệu từ Bộ Điện và Nước Saudi Arabia, 1/4 tổng lượng dầu và khí đốt của nước này được sử dụng để sản xuất điện và sản xuất nước ngọt.

Dù vậy, với bất kỳ phương pháp nào, tất cả các nhà máy khử muối, sản xuất nước ngọt đều cho ra nước muối cô đặc dưới dạng chất thải, và thông thường lượng nước muối cô đặc này sẽ được bơm ngược ra biển. Thế nhưng, đây cần được xem là “một nguồn tài nguyên cần được khai thác, tái sử dụng”, bởi bơm nước có nồng độ muối cao ra biển có thể gây hại cho cỏ biển và ấu trùng cá, đồng thời có thể gây hại hoặc giết chết các sinh vật biển khác.

“Nước muối cô đặc còn lại sau quá trình khử muối, sản xuất nước ngọt không nên được xem là một dạng chất thải, đó là một nguồn khoáng sản rất có giá trị”, ông Nikolay Voutchkov, cố vấn kỹ thuật của Tập đoàn Saline Water Conversion Corp, đơn vị sản xuất nước bằng phương pháp khử muối lớn nhất thế giới, nhấn mạnh.