Khử mặn nước biển – giải pháp đáp ứng nhu cầu nước ngọt?

Trong khi hạn hán, thiên tai và sự phân bố độ ẩm trên quy mô lớn thay đổi bởi biến đổi khí hậu thì nhu cầu nước của nhân loại lại tăng lên từng ngày. Mỗi năm, dân số toàn cầu tăng thêm 85 triệu người, nhưng nhu cầu nước ngọt lại tăng gấp đôi tốc độ tăng dân số, và cứ sau 20 năm hoặc lâu hơn lại tăng gấp đôi một lần. Trên khắp thế giới, nguồn tài nguyên thiết yếu nhất của chúng ta cùng lúc phải chịu áp lực từ nhiều phía: ô nhiễm, xây đập thủy điện, hệ sinh thái ven sông và đất ngập nước bị phá hủy, nguồn nước ngầm suy giảm, cùng với những thay đổi bất lợi do biến đổi khí hậu mang lại. 

Tại Mỹ, quốc gia lớn trên thế giới, nhu cầu về nước đã vượt quá cung. Dự kiến, trong 3 năm tới, 36 bang của Mỹ sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu nước. Xét trên phạm vi toàn cầu, trong 15 năm tới, sẽ có gần 2 tỉ người phải sống ở các khu vực khan hiếm nước. Sự khan hiếm nước đó sẽ làm tình trạng biến đổi khí hậu tồi tệ hơn. Trên thực tế, khả năng cung cấp và phân phối nước đang là đề tài được thảo luận rộng rãi như một nhân tố quyết định đến sự ổn định của toàn cầu trong tương lai.

Khử mặn nước biển – không phải điều mới mẻ

Vậy tại sao chúng ta không thể biến nước biển thành nước uống? Thực sự thì chúng ta có thể và chúng ta đang làm. Việc biến nước biển thành nước uống đã được thực hiện ít nhất từ thời Hy Lạp cổ đại. Nhưng áp dụng trên quy mô địa phương và quốc gia đã được lịch sử chứng minh là rất tốn kém, đặc biệt là khi so sánh với việc khai thác các nguồn nước ngọt trong nước và khu vực. Tuy nhiên, khi công nghệ hiện đại có thể giúp giảm chi phí và khi nguồn nước ngọt tiếp tục trở nên khan hiếm thì nhiều thành phố đang tìm cách chuyển đổi nước biển và xem đó như một phương thức để đáp ứng nhu cầu thiết yếu hiện nay.

Việc khử mặn đã xuất hiện từ 2.400 năm về trước, khi con người biết chủ động đun sôi nước muối để thu hơi nước. Nó đã hình thành nên phương pháp chưng cất ngày nay. Về cơ bản, chưng cất là việc con người bắt chước những gì xảy ra trong tự nhiên, theo đó, nước được làm nóng, bốc hơi thành hơi nước, để lại muối và các tạp chất. Hơi nước ngưng tụ ngay khi nguội và rơi xuống trở thành nước ngọt. Các nhà máy chưng cất ngày càng được nâng cấp, tuy nhiên phương pháp này vẫn bị đánh giá là tốn kém năng lượng.

Một phương pháp khác cũng được sử dụng là phương pháp khử mặn bằng công nghệ RO (thẩm thấu ngược), tức dùng áp lực để đẩy nước qua các màng lọc, loại bỏ các chất khác ở cấp độ phân tử. Phương pháp này được phát triển vào những năm 1960 và trở nên khả thi về mặt thương mại trong thập niên 70, cuối cùng đã thay thế phương pháp chưng cất và được sử dụng trong hầu hết các thiết bị khử mặn mới, một phần vì nó đòi hỏi ít năng lượng hơn.

Ngoài việc loại bỏ muối, cả hai phương pháp trên đều loại bỏ gần như toàn bộ các chất khoáng, các hợp chất hóa học hữu cơ cũng như sinh học, đem lại nguồn nước sạch và an toàn.

Ngày nay thế giới có khoảng 8.000 nhà máy khử mặn nước biển bằng công nghệ RO, với công suất khoảng 10 tỷ gallon (37.854.117 m ³) nước ngọt mỗi ngày. Dù vậy, số lượng các nhà máy chưng cất cũ tồn tại từ trước vẫn nhiều hơn so với các nhà máy RO. 

Các nước chiết xuất nước ngọt từ nước biển nhiều nhất trên thế giới gồm: Vương quốc Ả rập – Xê út, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Mỹ, Tây Ban Nha, Cô – oét và Nhật Bản. Trong đó, nước ngọt nhờ khử mặn cung cấp đến 70 % nước uống cho Ả rập – Xê út. Tại Mỹ, các bang Florida, California, Texasvà Virginia cũng là những nơi sử dụng nhiều phương pháp này. Ước tính toàn bộ nước Mỹ có khả năng khử mặn hơn 1,4 tỷ gallon (5.600.000 m ³) nước mỗi ngày. Con số này được kỳ vọng chiếm xấp xỉ 0,01% tổng lượng nước cung cấp cho các thành phố và ngành công nghiệp trên toàn nước Mỹ.

Các tàu biển, tàu ngầm và tàu chiến đã sử dụng phương pháp khử mặn trong nhiều thập kỷ nay. Điển hình là con tàu mang hiệu U.S.S Carl Vinson của Mỹ , nó có thể tạo ra 400.000 gallon (1.514 m ³) nước ngọt mỗi ngày.

Những trở ngại chính

Việc khử mặn tuy đã được áp dụng nhiều, nhưng vẫn chỉ là “muối bỏ bể” so với nhu cầu thực tế. Theo tính toán, chi phí làm sạch nước biển trong thời gian gần đây vẫn cao hơn 5 đến 10 lần so với việc lấy nước ngọt từ các nguồn nước truyền thống. Sự xuất hiện của các bộ lọc RO, tuy đã có từ lâu nhưng cũng chỉ giúp giảm được một nửa chi phí so với 10 – 15 năm về trước. Vì thế, các chi phí vận chuyển, năng lượng và yếu tố môi trường hiện đang là những trở ngại chính cho việc khử mặn trên quy mô lớn, chứ không phải yếu tố công nghệ như khi xưa.

Năng lượng dành cho việc khử mặn chiếm khá nhiều, khoảng 1/3 tổng chi phí. Điều này khiến việc khử mặn ngay tại chính những nhà máy ở khu vực ven biển cũng rất tốn kém, chưa kể tới quy trình xử lý các sản phẩm phụ – một loại dung dịch muối đậm đặc.

Liệu khử mặn có phải là một giải pháp kinh tế? Câu trả lời có lẽ phụ thuộc vào mức độ khan hiếm nước cụ thể ở mỗi địa phương. Bởi nếu so với chi phí cao và sự khó khăn để mua nước ngọt hay cải tạo nước ngọt thì khử mặn sẽ là một lựa chọn tốt. Việc khử mặn để tạo ra nước ngọt vì vậy vẫn sẽ là giải pháp được đặt kỳ vọng trong những năm tới.