Khử muối trong nước biển bằng màng nano

Từ xa xưa, các thủy thủ từng đun sôi nước biển và sử dụng bọt biển để lấy nước ngọt từ hơi nước. Ngày nay, công nghệ xử lý nước biển hiện đại hơn, nhưng vấn đề tiêu tốn quá nhiều năng lượng cho quá trình khử mặn vẫn chưa được giải quyết triệt để. 70% Trái Đất được bao phủ bởi nước, nhưng con người chỉ khai thác được 1% nước ngọt dạng lỏng phục vụ nhu cầu sinh hoạt.

Arab Saudi và các quốc gia dầu lửa giàu có đã chi nhiều tiền để lọc nước biển. Tuy nhiên, nhu cầu dùng nước ngày càng tăng, sự phát triển dân số và công nghiệp hóa, biến đổi khí hậu đang khiến nguồn cung nước ngày càng khan hiếm. Các nước dầu mỏ, vốn có nền kinh tế vốn chủ yếu dựa vào hoạt động bán dầu thô, bất đắc dĩ phải sử dụng dầu để nấu nươc uống.

Do đó, họ và một số quốc gia ở khu vực thiếu nước khác đang hướng tới mục tiêu sử dụng năng lượng Mặt Trời cho quá trình khử mặn. "Quá trình khử mặn cần nhiều năng lượng, nên vấn đề mấu chốt là chọn nguồn năng lượng nào", Aaron Mandell, đồng sáng lập và chủ tịch công ty về năng lượng tái tạo WaterFX, cho biết.

Dưới đây là 4 nơi đang cố gắng biến nước biển và nước lợ ngầm thành nguồn nước, với sự trợ giúp của năng lượng gió và Mặt Trời.

Trung Đông

Tại Các Tiểu Vương quốc Arab Thống nhất (UAE), 4 nhà máy thí điểm khử muối sẽ được xây dựng trong thời gian tới, thử nghiệm công nghệ của 4 công ty, nhằm tìm ra phương án tiết kiệm năng lượng nhất. Tới khoảng giữa năm 2016, công ty năng lượng Masdar sẽ chọn lựa một trong 4 hệ thống trên.

Ở khu vực này, tỷ lệ sử dụng nước sạch tính theo bình quân đầu người chỉ đạt 1/7 mức trung bình của thế giới và sự khan hiếm vẫn tiếp tục diễn ra. Các chuyên gia dự báo, biến đổi khí hậu có thể làm giảm lượng mưa và lượng nước ngọt tới 40% vào năm 2050. Ngân hàng Thế giới kêu gọi Trung Đông tận dụng lợi thế rất lớn của tiềm năng năng lượng Mặt Trời tại đây. Mỗi năm, bức xạ Măt Trời trên mỗi km2 bằng năng lượng có được khi đốt 1 - 2 hai triệu thùng dầu.

Australia

Công nghệ khử mặn bằng năng lượng Mặt Trời đã có một bước tiến lớn ở quốc ghi này. Tháng trước, nhà đầu tư KKR tuyên bố họ đang đầu tư vào dự án của công ty Sundrop Farms, sử dụng năng lượng Mặt Trời tập trung để biến nước biển thành nước ngọt, phục vụ tưới tiêu nông nghiệp. Hệ thống này tạo ra nhiệt để trồng cây trong nhà kính đặc biệt, tại một khu vực ở nam Australia, nơi không thể trồng trọt được.

"Chúng tôi có thể trồng cây lương thực tại các vùng đất khô cằn không thể canh tác hay thiếu nước tưới. Vấn đề an ninh lương thực trong nước đang là một mối quan tâm lớn", Philipp Saumweber, người đứng đầu Sundrop Farms. nói.

Sundrop và KKR dự định phát triển một trung tâm công nghệ ở nam Australia, thương mại hóa sản phẩm ở những vùng cũng gặp vấn đề thiếu nước hoặc khí hậu khắc nghiệt.

Bang Texas (Mỹ)

Nhiều năm qua, Texas đã có ý định khai thác Vịnh Mexico để giải quyết vấn đề khủng hoảng nước sinh hoạt. Sau năm 2011, khi bang này trải qua một đợt hạn hán tồi tệ, sự quan tâm đến ý tưởng này ngày càng lớn.

Texas có khoảng 100 nhà máy khử mặn nước biển, sử dụng nguồn nước lợ ngầm, nhưng họ lấy năng lượng từ than và điện khí đốt tự nhiên. Theo Kate Zerrenner, quản lý dự án của Quỹ bảo vệ môi trường, thay vì tăng lượng khí thải carbon của quá trình lọc nước do sử dụng nhiên liệu hóa thạch, Texas nên tập trung vào năng lượng tái tạo.

Texas đang đi đầu cả nước trong công nghệ sử dụng năng lượng gió, chiếm khoảng 20% công suất lắp đặt của nước Mỹ. Với nhiều mạch nước ngầm, việc lọc nước sử dụng tua bin sẽ dễ dàng hơn. Tuy nhiên, màng lọc trong hệ thống phải hoạt động dưới áp suất ổn định, trong khi sức gió thì không ổn định.

Zerrenner cho rằng cần phải tích hợp hệ thống năng lượng Mặt Trời để công suất hoạt động ổn định hơn.

Bang California (Mỹ)

Giữa đợt hạn hán tồi tệ nhất lịch sử California, nhiều ý kiến cho rằng nên xây các nhà máy lọc nước dọc bờ biển, sử dụng khí đốt tự nhiên. Dự án Poseidon Water trị giá một tỷ USD, đang được xây dựng tại thành phố Carlsbad, có mục tiêu trở thành nhà máy lọc nước lớn nhất Tây bán cầu.

Mandell, chủ tịch công ty về năng lượng tái tạo WaterFX, cho biết ở các vùng sâu trong đất liền của bang, việc sử dụng các hệ thống dùng năng lượng nhiệt Mặt Trời sẽ thay đổi hoàn toàn công nghiệp khử muối. Nó có thể sản xuất nước với chi phí chỉ bằng một nửa Poseidon, vì hệ thống sử dụng gương cầu parabol sẽ chuyển trực tiếp 100% bức xạ Mặt Trời thành nhiệt để chưng cất nước mặn. Về nguyên lý, đây chính là phiên bản hiện đại cho phương pháp của thủy thủ thời xưa.

"Chúng tôi hy vọng mọi người sẽ làm theo và cải thiện mô hình này. Chúng tôi có niềm tin rằng cách tối ưu để có một nguồn cung cấp nước ổn định ở California là sử dụng Mặt Trời cho quá trình khử mặn.", Mandell nói