Biến nước biển thành nước ngọt

Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), hơn 2 tỉ người trên thế giới gặp khó khăn trong việc tiếp cận nguồn nước sạch.

Một báo cáo do Viện Tài nguyên thế giới (WRI) mới công bố cho thấy, một nửa dân số thế giới đang đối mặt với tình trạng căng thẳng cao độ về nước trong ít nhất 1 tháng mỗi năm. 25 quốc gia, chiếm khoảng 1/4 dân số thế giới, đang phải đối mặt với mức căng thẳng cao cực độ về tài nguyên nước. Trung Đông - Bắc Phi là khu vực có tới 83% dân số sống trong tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, trong khi con số này tại Nam Á là hơn 74%...

Theo Hiệp hội Khử mặn quốc tế, hơn 300 triệu người trên thế giới hiện đang dựa vào nước khử muối. Lượng nước này được cung cấp bởi hơn 21.000 nhà máy, gần gấp đôi so với 10 năm trước. Số nhà máy tương tự có thể tăng cao hơn nữa khi dân số thế giới tăng và biến đổi khí hậu tiếp tục gây áp lực lên nguồn cung nước ngọt.

Thiết bị khử muối

Mới đây, Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã phát minh ra một thiết bị khử muối có thể biến nước biển thành nước uống nhờ sử dụng năng lượng mặt trời. Phát minh được thử nghiệm ở Trung Quốc, có ưu điểm chi phí thấp, phù hợp với những người sống ở nơi thiếu nguồn nước ngọt mà không có khả năng tài chính cao.

Thiết bị chủ yếu dựa vào một quá trình tương tự như luân chuyển nhiệt muối, một quá trình xảy ra khi nước tuần hoàn tự nhiên qua các đại dương để phản ứng với nhiệt độ tăng cao khi tiếp xúc với không khí, ánh sáng mặt trời làm nước bay hơi, để lại muối. Khi lượng muối đó cô đặc, nước cũng trở nên nặng hơn và có xu hướng chảy xuống dưới, cho phép nước loại bỏ muối, khử muối và trở thành nước ngọt có thể uống được.

Nhờ sử dụng năng lượng mặt trời, với kích thước chỉ bằng một chiếc vali, thiết bị có thể sản xuất tới 3,8m3 nước ngọt/giờ.

Dân số thế giới tăng và biến đổi khí hậu tiếp tục gây áp lực lên nguồn cung nước ngọt

Máy chưng cất nước

Công ty Manhat ở Dubai (Các tiểu vương quốc Arập Thống nhất - UAE) hiện đang phát triển một thiết bị nổi có thể chưng cất nước mà không cần điện hoặc thải ra nước muối. Thiết bị bao gồm một nhà kính nổi trên mặt biển. Ánh sáng mặt trời làm nóng và làm bốc hơi nước bên dưới nhà kính, tách hơi nước ra khỏi các tinh thể muối dưới biển. Khi nhiệt độ giảm, hơi nước sẽ ngưng tụ thành nước ngọt và được thu gom lại. Không giống thiết bị chưng cất sử dụng năng lượng mặt trời truyền thống, thiết bị của Manhat trôi nổi trong đại dương, hút nước trực tiếp từ biển.

Khử mặn nổi nhờ sóng biển

Công ty Oneka (Canada) đã tìm ra phương pháp vận hành hệ thống khử mặn nổi chỉ dựa trên chuyển động của sóng biển.

Bà Susan Hunt - lãnh đạo bộ phận cải tiến tại Oneka - cho biết: “Các cơ sở khử mặn thường được cấp năng lượng bằng nhiên liệu hóa thạch. Chúng tôi muốn tránh việc khử mặn bằng nhiên liệu hóa thạch”.

Hiện nay có hai kỹ thuật được sử dụng để khử mặn nước biển, đó là phương pháp sử dụng nhiệt và màng.

Trong quá trình khử muối bằng nhiệt, nước biển được làm nóng cho đến khi bay hơi, để lại muối. Quá trình này thường rất tốn năng lượng.

Hệ thống dựa trên màng, còn được gọi là thẩm thấu ngược, hoạt động bằng cách đẩy nước biển qua màng bán thấm để giữ muối, đòi hỏi lượng năng lượng đáng kể, nhưng ít hơn phương pháp nhiệt.

Trong cả hai phương pháp, nguồn cung năng lượng thường không đến từ các nguồn tái tạo hoặc hạt nhân, do đó sản sinh CO2. Các kỹ thuật này cũng tạo ra nước muối nồng độ cao. Nếu không được pha loãng đúng cách trước khi xả trở lại biển, nó có thể tạo ra “vùng chết” - những khu vực có nồng độ muối quá cao đối với sinh vật biển.

Trong khi đó, máy khử muối nổi của Oneka - phao neo dưới đáy biển - lại sử dụng hệ thống màng hoạt động hoàn toàn nhờ chuyển động của sóng. Các phao hấp thụ năng lượng từ sóng biển truyền qua và biến nó thành lực bơm cơ học hút nước biển vào và đẩy khoảng 1/4 lượng nước đó qua hệ thống khử mặn. Nước sau đó được bơm vào đất liền qua đường ống, một lần nữa chỉ sử dụng năng lượng do sóng cung cấp.

Công nghệ này không sử dụng điện. Nó được điều khiển bằng kỹ thuật cơ khí 100%. Các thiết bị này chỉ cần sóng cao 1m để hoạt động. Chúng có 3 kích cỡ, lớn nhất dài 8m, rộng 5m, có thể sản xuất tới 49.000 lít nước ngọt mỗi ngày.

Nước muối nồng độ cao được trộn lại với 3/4 lượng nước biển mà phao hút vào nhưng chưa đi qua màng, sau đó được xả trở lại biển. Nước xả trở lại biển chỉ mặn hơn khoảng 25% so với nước biển ban đầu. Đó là nồng độ thấp hơn nhiều so với các phương pháp khử mặn truyền thống.

Vật liệu quang nhiệt

Tại Việt Nam, TS Phạm Tiến Thành cùng nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Việt Nhật (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã chế tạo thành công vật liệu quang nhiệt có khả năng biến nước biển thành nước sạch. Vật liệu do nhóm nghiên cứu chế tạo có hiệu suất hấp thụ năng lượng mặt trời lên tới 95%. Đây là loại vật liệu tích hợp ứng dụng trong các hệ tạo hơi nước bằng năng lượng mặt trời, nhằm lọc nước biển thành nước sạch.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra quy trình chế tạo vật liệu mới bằng cách tạo ra phức chất sắt kết hợp polyphenol chiết xuất từ nước trà xanh (hoặc trà mạn) trên vật liệu nền tự nhiên từ quả phật thủ để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời.

TS Thành cho hay, để lớp phức ion kim loại có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, polyphenol trong chè phải bám đồng đều trên bề mặt vật liệu. Do đó các công đoạn đều được thực hiện kỹ càng, nhất là bước xử lý vỏ phật thủ. Việc xử lý tinh dầu trong vỏ phật thủ giúp tăng hình thành liên kết giữa polyphenol tự nhiên trong nước trà và xenlulo trên bề mặt quả phật thủ, nhờ đó vật liệu đạt mức hấp thụ mặt trời lên tới 95%.

Sử dụng vật liệu mới vào lọc nước mặn quy mô nhỏ, diện tích vật liệu khoảng 100cm2 cho thấy, ngày nắng thu được khoảng 3,7 lít nước sạch/m2. Cấu trúc có khả năng dẫn nước tốt giúp vật liệu này ít bị bám muối trên bề mặt trong quá trình bay hơi nước. Đây là một trong những yếu tố quan trọng để duy trì hiệu suất của vật liệu trong quá trình sử dụng.

Biến đổi khí hậu từ góc nhìn đối ngoại và một số vấn đề đặt ra đối với Việt Nam

Chống biến đổi khí hậu ở Thái Bình Dương: Phép thử với Mỹ và Trung Quốc

Nhà đầu tư Mỹ bác bỏ nghị quyết về biến đổi khí hậu