Nước không phải là nguồn tài nguyên vô tận. Giờ đây, nhiều nơi trên trái đất đang lâm vào tình trạng thiếu nước. Một trong những giải pháp “thời thượng” hiện nay là khử muối nước biển để lấy nước ngọt. Nhưng cách làm này không khỏi gây tranh cãi: Ngoài sự tốn kém, nó không hoàn toàn “vô hại” đối với môi trường…
Phương pháp nhiệt năng dùng năng lượng “sạch”
Nhu cầu về nước ở thành phố Perth (Australia), bên bờ sông Swan, ngày càng tăng do dân số phát triển, khí hậu ngày càng nóng
Lượng nước trên trái đất thật khổng lồ, có điều 97% số đó lại không dùng để làm nước uống cho con người được, vì quá mặn. Theo thống kê của Liên Hiệp Quốc, khoảng 1 tỷ người trên thế giới sống ở những vùng khan hiếm nước.
Con số này còn tăng lên tới 1,8 tỷ vào năm 2025. Khử muối nước biển lấy nước ngọt là một giải pháp hấp dẫn bởi đại dương mênh mông lại chẳng bao giờ bị nạn hạn hán đe dọa.
Hiện trên thế giới có 13.080 xí nghiệp khử muối nước biển, với công suất tổng cộng 55,6 triệu mét khối nước ngọt mỗi ngày, gần bằng 0,5% lượng nước tiêu thụ trên toàn thế giới. Do cần nhiều năng lượng và giá thành thường cao hơn so với khi xử lý nước sông hay nước ngầm, các nhà máy này thường nằm ở các nước Trung Đông, nơi có nguồn năng lượng dồi dào nhưng nước lại hiếm.
Thế nhưng tình hình đang thay đổi. Chẳng hạn, riêng bang California (Mỹ) đã có kế hoạch xây dựng 200 nhà máy loại này, trong đó một nhà máy trị giá 300 triệu USD nằm gần thành phố San Diego. Nhiều địa phương của Australia đã hoặc đang xây dựng các nhà máy làm nước ngọt từ nước biển.
Theo thống kê của Tổ chức Global Water Intelligence, từ nay tới năm 2015, công suất tổng cộng của các nhà máy loại này trên thế giới sẽ tăng gấp đôi. Một số tổ chức môi trường lo ngại về số năng lượng mà các nhà máy này tiêu thụ, cũng như lượng khí gây hiệu ứng nhà kính mà chúng thải ra. Nhưng các nhà máy mới hiện được xây dựng phải tuân theo những chỉ tiêu rất nghiêm ngặt về môi trường, như nhà máy ở Perth (Australia) vận hành nhờ nguồn năng lượng gió, là trường hợp điển hình…
Những nhà máy làm nước ngọt từ nước biển đầu tiên xây dựng hồi đầu thế kỷ 20 vận hành theo kỹ thuật “học” được từ quy trình kết tinh đường (từ nước ép cây mía) được kỹ sư Mỹ Norbert Rillieux cải tiến từ những năm 1850: Làm nóng nước mặn bằng nhiệt năng, thu hồi nước bốc hơi, chính là nước ngọt (cách khử muối bằng nhiệt năng). Nhược điểm của phương pháp này là các bộ phận trao đổi nhiệt nhanh chóng bị đóng cặn, giảm đáng kể hiệu quả. Tiếp theo, hệ thống chưng cất nhiều tầng ra đời, được áp dụng ở các nước Trung Đông từ những năm 1950. Do tiêu thụ nhiều nhiệt năng, các nhà máy nước này thường nằm sát bên các nhà máy nhiệt điện, nơi có lượng nhiệt dư lớn. Đó là thời điện-nước “song hành”…
Thẩm thấu ngược nước lợ
Với sự trợ giúp của Chính phủ Mỹ, các nhà khoa học Trường Đại học Florida và California tập trung nghiên cứu loại màng cho phép nước thẩm thấu nhưng giữ lại những chất hòa tan trong nước (phương pháp osmose hay còn gọi là “thẩm thấu ngược”).
Năm 1960, các nhà nghiên cứu Sidney Loeb và Srinivasa Sourirajan cho ra đời loại màng làm từ acetate cellulose, loại hợp chất polymere dùng làm phim ảnh, có độ thẩm thấu tốt hơn, tạo tiền đề cho sự ra đời của một loạt nhà máy mới…
Nếu như trong phương pháp nhiệt năng, năng lượng tiêu thụ không mấy phụ thuộc vào độ mặn của nước thì ngược lại, ở phương pháp thẩm thấu ngược, nước càng mặn thì lực ép nước (tức năng lượng cần thiết) càng phải lớn để nước có thể thấm xuyên qua màng lọc.
Trung bình, 1 lít nước biển chứa từ 33 tới 37g muối. Để biến nó thành nước uống được, cần khử bỏ 99% lượng muối này. Nước lợ chứa ít muối hơn nước biển, do vậy làm nước ngọt từ nước lợ tiêu tốn ít năng lượng hơn và giá thành cũng rẻ hơn là làm từ nước mặn. Trước khi đi qua hệ thống thẩm thấu, nước phải được lọc và xử lý sơ bộ để loại bỏ các phần tử gây tắc nghẽn màng …
Cuối những năm 1970, nhà nghiên cứu người Mỹ John Cadotte chế tạo ra loại màng composite chứa một lớp polyamide rất mỏng có tính thẩm thấu cao, thích ứng với sự thay đổi của nhiệt độ và độ pH của nước. Các nhà máy nước đầu tiên dùng phương pháp thẩm thấu ngược ra đời.
Năng lượng mà các nhà máy này tiêu thụ cũng giảm đáng kể. Nếu để làm ra 1m3 nước ngọt, nhà máy đầu tiên xây dựng năm 1980 ở Arabia Saudi phải cần tới 8kW/g điện thì nhà máy ở Perth chỉ còn cần 3,7kW/g. Phần lớn nhờ vào việc thu hồi năng lượng.
Những chiếc máy bơm áp lực cao “ép” nước mặn đi qua màng thẩm thấu được bố trí theo hình xoắn ốc để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc và tối ưu hóa dòng chảy. Một phần lượng nước này trở thành nước ngọt chảy ra ở đầu bên kia của hệ thống; phần còn lại - chứa tạp chất - phun ra dưới dạng những tia nước cực mạnh có thể làm quay tuốc bin, như thế năng lượng được thu hồi và “tái chế”.
Hiệu suất của những hệ thống thu hồi năng lượng mới nhất có thể đạt tới 96%. 1m3 nước ngọt làm từ nước mặn có giá 1,5 USD hồi đầu những năm 1990 nay giảm xuống còn khoảng 0,5 USD năm 2003. Thẩm thấu ngược là phương pháp được phần lớn các nhà máy chế biến nước ngọt từ nước mặn hiện đại sử dụng.
Làm gì với lượng muối thải?
Cùng với việc phát triển các nhà máy làm nước ngọt từ nước mặn, nhiều vấn đề về môi trường được đặt ra. Cá và nhiều loài sinh vật biển khác cũng bị hút vào hệ thống bơm của nhà máy cùng với nước biển và bị hủy diệt. Lượng nước thải của nhà máy thường có nồng độ muối cao gấp 2 lần bình thường, bị đưa trở lại biển có ảnh hưởng nghiêm trọng hơn về lâu dài.
Hiện có rất ít số liệu nghiên cứu khoa học về những vấn đề này. Phần lớn các nhà máy trước kia không được xây dựng dựa trên những nghiên cứu đánh giá đầy đủ về môi trường. Việc này mới chỉ được tiến hành gần đây. Một mối lo ngại khác nữa là việc xử lý lượng kim loại và hóa chất bị giữ lại trong quá trình lọc nước…
Khi nước ngày càng trở nên hiếm hoi, các quốc gia đều phải nỗ lực tìm kiếm những nguồn nước mới. Nhưng theo một chuyên gia, trong nhiều trường hợp, sử dụng nguồn nước có sẵn một cách tiết kiệm, hợp lý, có khi mang lại nhiều lợi ích kinh tế hơn là xây dựng mới một nhà máy khử muối nước biển.
NHỊ BÌNH (theo Courrier International và The Economist)
(SGGP 12G)
