Khử mặn nước biển là ‘giải pháp thần kỳ’ cho sự khan hiếm nước

Khoảng 70% bề mặt Trái đất là nước, nhưng cả hành tinh chỉ có chưa tới 1% trong số đó là nước uống được. Nguồn nước ngọt bị hạn chế cũng không được phân bổ đồng đều.

Tại các vùng nóng, khô hạn với số dân ngày càng đông và mức sống tăng theo đã xảy ra tình trạng không đủ nước uống. Sự biến đổi khí hậu lại càng làm trầm trọng thêm tình hình. Các giải pháp như làm mưa nhân tạo, thậm chí thu giữ băng vẫn chưa chứng tỏ được khả năng đáp ứng.

Chi phí khử mặn thấp hơn chi phí nhập khẩu nước uống

Vì thế, ý định khử mặn nước biển, tách muối và các khoáng chất biển khác ra khỏi nước biển, để chuyển thành nước uống đã có từ nhiều thế kỷ trước, hiện được áp dụng trên toàn cầu với hơn 20.000 nhà máy khử mặn đang vận hành tại 170 nước, trong đó 10 nhà máy khử mặn lớn nhất ở Ả Rập Saudi, Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất (UAE) và Israel.

Khoảng 47% nước đã khử mặn của thế giới được sản xuất tại 2 khu vực Trung Đông và Bắc Phi, theo Manzoor Qadir, Phó chủ nhiệm Viện Nước, môi trường và sức khỏe của Đại học Liên Hợp Quốc (UNU-INWEH).

Ông nói với báo Đức Deutsche Welle (DW) rằng hai vùng khô cằn này không có giải pháp nào khác, từ lúc họ chỉ có chưa tới 500m³ nước/người/năm lấy từ nước mưa hoặc nước sông. Trong khi đó, Mỹ cung cấp 1.207 mét khối nước ngọt cho mỗi đầu người.

“Việc thiếu nước sắp trầm trọng hơn, khi dân số tăng lên cùng với nhiệt độ Trái dất tăng, với vùng Hạ sa mạc Sahara, châu Phi được dự báo sẽ là một điểm nóng về sự thiếu nước kể từ năm 2050”, ông Qadir nói.

Ông khẳng định biện pháp khử mặn là một giải pháp tối ưu cho các vùng hay bị hạn hán và thiếu nước lựa chọn để tăng nguồn nước, trong khi chi phí lại “giảm mạnh”, từ 5 USD/1.000 lít hồi những năm 2000, nay đã giảm còn 50 cent Mỹ.

“Đối với các nước như Síp, không có cách nào khác ngoài việc khử mặn, nếu họ muốn duy trì mức sống hiện nay”, theo Frithjof C. Kuepper, Chủ tịch mảng đa dạng sinh học biển ở Đại học Aberdeen và là một chuyên gia về tác động môi trường từ sự khử mặn ở đảo quốc này.

Ông lưu ý Síp là nước khô hạn nhất trong khối Liên minh châu Âu (EU) nên phải dựa vào khử mặn để đáp ứng 80% nhu cầu sử dụng nước uống.

Ông Kuepper giải thích từ những năm 1990, khi lượng mưa ít khiến phải hạn chế sử dụng nguồn nước, chính phủ Síp ban đầu tính bù đắp sự thiếu nước bằng cách mua nước từ Hy Lạp.

Nhưng cách này khiến tốn kém gấp 10 lần so với khử mặn, nên đầu những năm 2000, chính phủ Síp đã bắt đầu xây dựng các nhà máy khử mặn để tránh cảnh thiếu hụt nước.

Khử mặn tác động đến môi trường biển và khí hậu

Dù vậy, cả hai ông Kuepper và Qadir thừa nhận trước khi trở thành “giải pháp thần kỳ” cho tình trạng khan hiếm nước, quá trình khử mặn tác động rất xấu đến môi trường.

Một báo cáo nghiên cứu năm 2021 về những tác động của việc tách muối khỏi nước biển lên môi trường tại Síp, mà ông Kuepper là đồng tác giả, cho thấy 4 nhà máy khử mặn ở Síp chiếm 2% trong tổng lượng khí thải khí nhà kính, và chiếm 5% trong tổng lượng điện tiêu thụ của đảo quốc này.

Nghiên cứu cũng chỉ ra việc nước biển đã khử mặn tạo ra khoảng 103 triệu mét khối nước thải có độ mặn cao, độc hại, ảnh hưởng đến hệ sinh thái cỏ biển Địa Trung Hải trong khu vực có các ống xả thải.

Một báo cáo về tình trạng khử muối và sản xuất nước muối trên toàn cầu, có ông Qadir là đồng tác giả, cũng chỉ ra độ mặn tăng lên, kết hợp với sự gia tăng nhiệt độ do biến đổi khí hậu, có thể làm giảm hàm lượng oxy hòa tan, dẫn đến tình trạng gọi là thiếu oxy.

Nguồn nước siêu mặn này có thể chìm xuống đáy đại dương và tiêu diệt các vi sinh vật biển quan trọng đối với toàn bộ chuỗi thức ăn.

Ngoài ra, các hợp chất hóa học như đồng và clorua (có thể quan sát được trong quá trình tiền xử lý khử muối) có thể gây độc cho các sinh vật trong nguồn nước tiếp nhận, theo báo cáo trên.

Cách khử mặn bền vững

Các tác giả nghiên cứu ở Síp kết luận giải pháp cho việc xử lý lượng khí thải CO2 tương đối cao từ sự khử mặn là chuyển các nhà máy khử mặn sang sử dụng các năng lượng tái tạo để cung cấp năng lượng cho các nhà máy khử mặn.

Công ty Boreal Light ở Đức đã phát triển các nhà máy khử muối vận hành bằng điện mặt trời và điện gió ngoài khơi, nhằm đảm bảo sự độc lập về năng lượng và không phải chịu những biến động về giá.

Ali Al-Hakim, đồng sáng lập và tổng giám đốc Boreal Light, nói "Chúng tôi có nước miễn phí, chúng tôi có điện từ năng lượng mặt trời và gió miễn phí, vì vậy giờ đây chúng tôi có thể sản xuất 1.000 lít nước ngọt với giá 50 cent".

Trong khi đó, ông Kuepper cho biết một giải pháp khác tốt hơn là giữ các chất rắn còn sót lại trên đất liền, dù có thể xả nước muối ra biển thông qua các đường ống thoát nước không nằm gần các sinh vật biển dễ bị tổn thương.

Nghiên cứu vào năm 2019 về tình trạng khử muối cho thấy natri, magie, canxi, kali, brom, boron, stronti, liti, rubidi và urani có thể thu được từ sau khi xử lý và tái sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp.

Tuy nhiên, ông Qadir tin rằng việc phục hồi các tài nguyên này vẫn không có tính cạnh tranh về mặt kinh tế. Ông nói điều này cần phải thay đổi vì tái sử dụng nước muối là một giải pháp bền vững quan trọng, đặc biệt là "ở các quốc gia sản xuất khối lượng lớn nước muối với hiệu quả tương đối thấp, chẳng hạn như Ả Rập Saudi, UAE, Kuwait và Qatar".

Tái sử dụng nước muối

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã đề xuất các cách tái sử dụng nước muối bằng cách sử dụng muối để sản xuất xút ăn da hoặc natri hydroxit.

Khi được sử dụng để xử lý trước khi nước biển đưa vào nhà máy khử muối, natri hydroxit giúp ngăn chặn sự tắc nghẽn của màng thẩm thấu ngược vốn được sử dụng để lọc nước biển.

Các nhà nghiên cứu lưu ý sự tắc nghẽn này là một nguồn điển hình của sự cố và làm tăng thêm sự kém hiệu quả về năng lượng và làm tăng chi phí.

Dù việc tái sử dụng nước muối vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng ông Qadir lưu ý rằng các nhà máy mới hơn, hiện đại hơn ở Mỹ sử dụng công nghệ thẩm thấu ngược mới nhất đã tạo ra ít nước muối hơn.

Ông giải thích khoảng 12% lượng nước khử muối trên thế giới được tạo ra ở Mỹ nhưng chỉ có 3,9% lượng nước muối của nước này.

Ngược lại, khu vực Trung Đông và Bắc Phi tạo ra khoảng 47% lượng nước khử muối nhưng chiếm 70% tổng sản lượng nước muối toàn cầu, một phần là do các nhà máy kém hiệu quả.

Ông Qadir cho biết khi công nghệ tiếp tục được cải thiện, thì các tác động đến khí hậu và môi trường sẽ giảm đi.