Khử muối: Một giải pháp cho cuộc khủng hoảng nước đang đến gần

Nước là một nguồn tài nguyên mà nhiều người ở thế giới phát triển coi là điều hiển nhiên. Chỉ cần vặn vòi là có thể có nguồn nước sạch, có thể uống được vô tận. Tuy nhiên, đây không phải là thực tế đối với hàng tỷ người trên toàn cầu. Dân số tăng nhanh, đô thị hóa và mức tiêu thụ nước ngày càng tăng của các ngành nông nghiệp, công nghiệp và năng lượng đã khiến ngày càng nhiều quốc gia phải vật lộn với tình trạng khan hiếm nước. Khi dân số toàn cầu dự kiến ​​sẽ tăng lên 9,7 tỷ vào năm 2050, nhu cầu về các nguồn nước ngọt bền vững ngày càng trở nên cấp thiết.
Tình trạng thiếu nước dự kiến ​​sẽ trầm trọng hơn, với khả năng thiếu hụt 40% nguồn nước ngọt toàn cầu vào năm 2030, đe dọa không chỉ cộng đồng mà còn cả sản xuất lương thực và nền kinh tế. Viện Tài nguyên Thế giới ước tính nhu cầu nước sẽ tăng đáng kinh ngạc 163% vào giữa thế kỷ chỉ riêng ở Châu Phi cận Sahara, vượt quá nguồn cung sẵn có và làm tăng triển vọng thiếu hụt nghiêm trọng. Tuy nhiên, bất chấp quy mô đáng sợ của vấn đề, một giải pháp mới nổi mang lại hy vọng: khử muối.

Lời hứa của việc khử muối
Quá trình khử muối, quá trình loại bỏ muối khỏi nước biển để tạo ra nước ngọt, có thể cung cấp một câu trả lời bền vững cho nhu cầu nước ngày càng tăng của thế giới. Với các đại dương bao phủ gần hai phần ba bề mặt Trái đất và chứa 96,5% lượng nước, việc khai thác nguồn tài nguyên này có vẻ như là một bước đi hợp lý để giải quyết tình trạng thiếu nước. Mặc dù chỉ riêng quá trình khử muối có thể không phải là giải pháp chữa bách bệnh, nhưng nó có thể đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nước uống sạch và an toàn cho hàng tỷ người.
Hai phương pháp khử muối chính là thẩm thấu ngược và chưng cất nhanh nhiều giai đoạn. Thẩm thấu ngược tiết kiệm năng lượng hơn và sử dụng màng bán thấm để lọc muối và tạp chất từ ​​nước biển. Ngược lại, chưng cất nhanh nhiều giai đoạn sử dụng nhiệt hơi nước và các biến thể áp suất để làm bay hơi nước, để lại nước muối mặn. Cả hai phương pháp đều tạo ra nước ngọt có thể sử dụng được, mặc dù chúng đòi hỏi một lượng năng lượng đáng kể và tạo ra nước muối, có thể gây hại cho hệ sinh thái biển nếu không được quản lý đúng cách.

Những đổi mới trong công nghệ khử muối
Một trong những thách thức chính trong quá trình khử muối là mức tiêu thụ năng lượng cao, theo truyền thống được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, những cải tiến gần đây đang giảm chi phí năng lượng và môi trường liên quan đến quá trình này.
Công nghệ khử muối bằng năng lượng sóng, do Oneka Technologies phát triển, là một ví dụ điển hình về cách năng lượng tái tạo đang chuyển đổi lĩnh vực này. Bằng cách sử dụng phao nổi được neo vào đáy đại dương, hệ thống này khai thác năng lượng sóng để thúc đẩy quá trình khử muối. Sáng kiến ​​này loại bỏ nhu cầu về năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng khí thải carbon của các nhà máy khử muối truyền thống. Ngoài ra, các hệ thống sử dụng năng lượng sóng này cần ít hơn 90% diện tích đất ven biển so với các nhà máy thông thường, khiến chúng ít xâm lấn hơn vào hệ sinh thái địa phương.
Khử muối bằng năng lượng mặt trời là một phát triển đầy hứa hẹn khác. Các nhà nghiên cứu từ King's College London, MIT và Viện Helmholtz đã tiên phong trong một phương pháp sử dụng màng chuyên dụng để tách các ion muối khỏi nước biển bằng năng lượng mặt trời. Công ty khởi nghiệp Desolenator của Hà Lan đã đưa khái niệm này tiến xa hơn nữa, cung cấp một hệ thống khử muối hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Công nghệ này tránh được các hóa chất độc hại và sản xuất tới 250.000 lít nước ngọt mỗi ngày, không thải ra chất lỏng. Sứ mệnh của Desolenator là cung cấp an ninh nước cho các cộng đồng và doanh nghiệp ở những vùng khan hiếm nước mà không làm trầm trọng thêm tình trạng suy thoái môi trường.

Kinh tế học của việc khử muối
Mặc dù hiệu quả năng lượng đã được cải thiện đáng kể, nhưng khử muối vẫn đắt hơn so với các nguồn nước truyền thống. Thẩm thấu ngược, phương pháp khử muối được sử dụng rộng rãi nhất, hiện cần khoảng 3,5 kWh năng lượng cho mỗi mét khối nước, giảm từ 20 kWh vào những năm 1970. Một số dự án, như nhà máy Sorek B của Israel, đã giảm chi phí xuống còn 0,41 đô la cho mỗi mét khối, khiến khử muối trở thành một lựa chọn khả thi hơn.
Bất chấp tiến bộ này, việc áp dụng rộng rãi quá trình khử muối bị cản trở bởi chi phí đầu tư vốn và chi phí vận hành cao. Ở những khu vực như Hoa Kỳ, việc cung cấp toàn bộ nước sinh hoạt thông qua quá trình khử muối sẽ làm tăng mức tiêu thụ điện của hộ gia đình khoảng 13%. Ở các quốc gia có thu nhập thấp hơn, con số này thậm chí còn cao hơn, khiến việc khử muối trở nên không khả thi đối với nhiều cộng đồng nông thôn hoặc thiếu năng lượng.
Tuy nhiên, khả năng chi trả cho việc khử muối được cải thiện đáng kể khi tập trung vào nhu cầu thiết yếu nhất: nước uống. Cung cấp 50 lít nước cho mỗi người mỗi ngày theo khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới sẽ cần thêm 511 TWh điện trên toàn cầu, khoảng 1,7% sản lượng điện hiện tại của thế giới. Chi phí sản xuất đủ nước uống cho một người trong cả năm là 2,30 đô la, thấp hơn giá của một chai nước ở nhiều quốc gia.

Khử muối trong nông nghiệp: Vẫn là một thách thức
Trong khi khử muối cho thấy triển vọng lớn trong việc cung cấp nước uống, việc sử dụng nó trong nông nghiệp lại có nhiều vấn đề hơn. Nông nghiệp chiếm khoảng 70% lượng nước ngọt toàn cầu, khiến nó trở thành một trong những ngành tiêu thụ nước lớn nhất. Tuy nhiên, chi phí cao của nước khử muối khiến nó không phù hợp để tưới cho các loại cây trồng chính như lúa mì và ngô, nơi chi phí nước sẽ vượt xa giá trị của chính các loại cây trồng.
Ví dụ, sản xuất một kg lúa mì cần khoảng 650 lít nước. Sử dụng nước khử muối cho mục đích này sẽ tốn kém hơn gấp ba lần giá thị trường hiện tại của lúa mì, khiến nó trở nên không khả thi về mặt kinh tế. Khử muối có thể có vai trò trong các loại cây trồng có giá trị cao hoặc ở những khu vực mà các kỹ thuật canh tác trong nhà có thể giảm lượng nước sử dụng, nhưng không có khả năng cung cấp giải pháp quy mô lớn cho nhu cầu nước nông nghiệp.

Vai trò của việc khử muối trong việc ngăn chặn khủng hoảng nước

Khi biến đổi khí hậu tăng tốc và dân số tăng, thế giới đang phải đối mặt với một cuộc khủng hoảng nước sắp xảy ra. Khử muối, với khả năng biến nước biển dồi dào thành nước uống được, cung cấp một đường dây cứu sinh quan trọng. Tuy nhiên, để khai thác hết tiềm năng của nó, cần phải tiếp tục đổi mới để giảm mức tiêu thụ năng lượng và tác động đến môi trường.
Các công nghệ khử muối bằng năng lượng mặt trời và sóng đã chứng minh rằng khử muối có thể vừa bền vững vừa tiết kiệm chi phí. Khi các công nghệ này trưởng thành và mở rộng quy mô, khử muối có thể trở thành công cụ chính trong việc ngăn ngừa tình trạng thiếu nước, đặc biệt là ở những khu vực đang gặp phải tình trạng căng thẳng về nước. Mặc dù không phải là giải pháp toàn diện, khử muối chắc chắn sẽ đóng vai trò trung tâm trong nỗ lực toàn cầu nhằm đảm bảo an ninh nước cho các thế hệ tương lai.
Trong một thế giới mà nguồn nước ngọt ngày càng hạn chế, việc khử muối có thể chính là giải pháp chúng ta cần để chống lại tình trạng thiếu nước.