Von Jens Lubbadeh – WELT
Nguyễn Xuân Hoài dịch
Nước uống lấy từ nước biển đã khử muối đóng vai trò quan trọng ở các nước Trung Đông
Nước sinh hoạt ngày càng trở nên khan hiếm trên toàn thế giới. Các quốc gia ven biển đang sử dụng phương pháp khử muối trong nước biển. Quá trình này tốn kém, tiêu tốn nhiều năng lượng cũng có thể trở nên cần thiết đối với Đức do tình trạng hạn hán ở Đức ngày một gia tăng. Khi dân số thế giới tăng cơn khát của nhân loại cũng tăng theo. Theo Liên hợp quốc, lượng nước tiêu thụ đã tăng gấp sáu lần từ năm 1930 đến năm 2000. Người ta ước tính nhu cầu toàn cầu sẽ tiếp tục tăng một lượng tương tự cho đến năm 2050. Có vẻ như giải pháp cho vấn đề này không có gì khó: trái đất, hành tinh xanh, được bao phủ 70% bởi mặt nước. Nếu có thể khai thác được trữ lượng nước khổng lồ này thì vấn đề nước của nhân loại sẽ „nhỏ như con thỏ“.
Vào những năm 1960 Tổng thống Mỹ Kennedy đã nhìn thấy vấn đề này, ông từng nói "Nếu chúng ta có thể sản xuất nước ngọt từ nước biển với giá rẻ, thì thành tựu khoa học này sẽ làm lu mờ tất cả các thành tựu khoa học khác trên thế giới." Gần 60 năm sau, mong muốn đó đang có cơ hội trở thành hiện thực, Hiện tại thế giới có tổng cộng 22.000 nhà máy ở 170 quốc gia sản xuất một sản lượng lên đến 130 tỷ lít nước ngọt một ngày. Claus Mertes, người đứng đầu Viện khử mặn (DME) ở Duisburg cho biết: “Nửa tỷ người đã được cung cấp nước sinh hoạt từ các nhà máy khử muối. Ông là nhà tư vấn cho các quốc gia, công ty và tổ chức phi chính phủ về việc quy hoạch các nhà máy khử mặn nước biển.
Hầu như không có khu vực nào trên thế giới phụ thuộc vào khử muối của nước biển làm nước ngọt như Trung Đông. Ả Rập Xê-út và Israel đã đáp ứng hầu hết nhu cầu về nước theo cách này từ nhiều chục năm nay. Tiểu vương quốc Dubai có nhà máy khử mặn lớn nhất thế giới: Jebel Ali, đây là một một tổ hợp nhà máy điện khổng lồ bao gồm chín tổ máy, trải dài dọc theo bờ biển giữa các nhóm đảo cọ nhân tạo và sản xuất khoảng hai tỷ lít nước mỗi ngày.
Sơ đồ công nghệ khử mặn nước biển làm nước ngọt
Vậy thì phải chăng vấn đề nước đã được giải quyết? Thế giới có thể áp dụng phương pháp khử mặn nước biển để khắc phục tình trạng khan hiếm nước ngày càng tăng do biến đổi khí hậu do con người gây nên không?
Thực ra thì chưa hoàn toàn. Kennedy đã nói về "nước giá rẻ", và đây còn là điểm kẹt. Quá trình khử muối rất tốn kém vì nó sử dụng rất nhiều năng lượng. Các hệ thống cũ vẫn khử muối trong nước biển bằng cách để bốc hơi cần tới 80 kilowatt giờ nhiệt năng trên 1000 lít nước - các phân tử nước tách khỏi các ion muối hòa tan trong cả quá trình bay hơi và đóng băng. Mặc dù các nhà máy bay hơi vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, 8 tổ máy của nhà máy khử muối Jebel Ali hoạt động theo cách này. Stefan Panglisch, Trưởng bộ môn Kỹ thuật Quy trình Cơ khí / Công nghệ Nước tại Đại học Duisburg-Essen và Giám đốc Điều hành của Hiệp hội Công nghệ màng Đức (DGMT). Khoảng 85% tất cả các nhà máy khử muối đang hoạt động hiện nay đều hoạt động theo nguyên tắc này.
Công nghệ thẩm thấu ngược hoạt động như sau: Nước biển được hút vào và ép qua một lớp màng với áp lực cao. Chỉ có các phân tử nước đi qua các lỗ xốp siêu nhỏ, các ion muối có trong nước biển bị giữ lại. Trong quá trình này, áp suất thẩm thấu phải lớn hơn áp xuất của máy bơm, tức là lực hút mà các ion muối trong nước biển tác dụng lên nước có nồng độ thấp hơn ở phía bên kia của màng. Khoảng một nửa lượng nước biển thải ra có thể chuyển hóa thành nước ngọt theo cách này. Phần còn lại được trả lại biển.
Công nghệ thẩm thấu ngược
Tùy thuộc vào hàm lượng muối của nước, áp suất từ 60 đến 70 bar là cần thiết để thẩm thấu ngược, tương ứng với khoảng hai mươi lần điều kiện áp suất trong lốp ô tô. Để tạo ra áp suất như vậy, cần phải có các máy bơm lớn, chạy bằng điện, tiêu thụ rất nhiều điện: chúng sử dụng khoảng 4,5 kilowatt giờ để sản xuất 1000 lít nước ngọt. Lượng điện này có thể chạy một chiếc TV trong 45 giờ. Mặc dù năng lượng đó ít hơn đáng kể so với các nhà máy khử muối kiểu cũ vẫn được sử dụng, nhưng nó vẫn nhiều hơn gấp mười đến một trăm lần so với mức năng lượng cần thiết để xử lý nước hồ hoặc nước sông.
Do đó khử mặn nước biển làm nước sinh hoạt vẫn là phương pháp sản xuất nước ngọt tốn kém nhất. Tuy nhiên giá thành một lít nước khử mặn còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa: thí dụ về quy mô nhà máy, hạ tầng cơ sở và chất lượng nước đầu vào. Theo một công trình nghiên cứu của trường đại học Kentucky giá thành cho 1000 lít nước đã khử mặn giao động từ 0,14 đến 1,95 US-Dollar. Dùng nước này đẻ sản xuất nông nghiệp thì quá tốn kém, trừ khi áp dụng tưới nhỏ giọt. Tuy nhiên cho đến nay việc khai thác nước ngọt từ nước biển đã có hiệu quả kinh tế ở nhiều quốc gia, nhất là ở các nước không có các nguồn nào khác. Điều này thấy rõ ở Ả rập Xeeut, Israel hay Ai Cập.
Hiện có hai xu hướng: Chi phí cho việc xử lý nước thải để tái sử dụng ngày càng tăng vì ngày càng có nhiều thành phần xuất hiện trong nước thải - và việc lọc chúng ngày càng trở nên phức tạp và tốn kém hơn. Mặt khác, chi phí khử muối trong nước biển liên tục giảm do có những cải tiến kỹ thuật liên tục. Ai Cập và Israel đã đạt được nhiều kết quả tích cực do thiếu tài nguyên.
Do đó, việc khử muối trong nước biển sẽ trở nên ngày càng quan trọng hơn do điều kiện biến đổi khí hậu. Nhưng điều quan trọng là không tiếp tục gây biến đổi khí hậu vì tiêu hao quá nhiều năng lượng. Úc đang dẫn đầu: Nhà máy khử muối ở Sydney hoạt động nhờ năng lượng gió và cung cấp cho thành phố 15% nhu cầu nước uống. Nhà máy khử muối Sundrop ở Nam Úc là một phần của khu phức hợp sử dụng nhiệt mặt trời để tạo ra điện và sử dụng nước đã khử muối để tưới cà chua. Nhưng đây là những trường hợp ngoại lệ. Theo Claus Mertes, chỉ khoảng năm phần trăm hệ thống được vận hành bằng năng lượng tái tạo. Ở các quốc gia vùng Vịnh, điện để khử muối được lấy từ các nguồn hóa thạch.
Hóa chất tích được trả lại biển
Nhưng nẩy sinh một vấn đề khác về môi trường: Canxi từ nước và các chất sinh học hoặc hóa học bị lắng đọng trên màng của các nhà máy khử muối thẩm thấu ngược và gây tắc các lỗ xốp siêu mịn. Để ngăn chặn điều này, nước biển được lọc sẽ được xử lý trước bằng các hóa chất đi vào biển cùng với muối cô đặc. Nước muối đậm đặc và các chất hóa học ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái đến mức độ nào cho đến nay hầu như chưa được nghiên cứu.
Các nhà máy khử muối do đó vẫn có tiềm năng tối ưu hóa. Mertes tin rằng sẽ sớm có một bước nhảy vọt về công nghệ, giống như khi thẩm thấu ngược thay thế các quy trình nhiệt. Các nỗ lực đang được thực hiện để chiết xuất muối trực tiếp từ nước, chẳng hạn như bằng điện trường, nhưng bằng các quá trình sinh học như enzym hoặc vi khuẩn. Mertes chắc chắn: “Trong 35 năm tới chúng ta sẽ có một công nghệ khử mặn hoàn toàn mới.” Và hy vọng tới lúc đó nước uống lấy từ nước biển sẽ rất rẻ./.
Nguồn: https://www.welt.de/wissenschaft/plus232139765/Trinkwasser-aus-dem-Meer-...
