Các đại dương có thể giúp giải quyết tình trạng khan hiếm nước không?

Nguồn tài nguyên nước có thể uống được này còn được phân bố không đồng đều, do vậy, khu vực khô nóng với dân số lẫn mức sống ngày càng tăng khiến tình hình khan hiếm nước càng thêm trầm trọng vì biến đổi khí hậu.

Trong khi đó, loạt giải pháp như tạo mưa nhân tạo hay trữ băng trôi khó thực hiện ở quy mô lớn thì khử muối nước biển nổi lên như một giải pháp tối ưu. Giải pháp này dựa vào quá trình chưng cất nhiệt hoặc màng thẩm thấu ngược để tách muối ra khỏi nước biển, tạo ra nước có thể uống được.

Khử muối hiện được ứng dụng toàn cầu, với hơn 20.000 nhà máy khử muối đang hoạt động tại hơn 170 quốc gia. Trong đó, 10 nhà máy lớn nhất nằm tại Ả Rập Saudi, Các tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất (UAE) và Israel.

Theo Phó giám đốc Viện Nước, Môi trường và Sức khỏe thuộc Đại học Liên Hợp Quốc Manzoor Qadir, khoảng 47% lượng nước khử muối trên thế giới được sản xuất ở Trung Đông và Bắc Phi. Những khu vực này ít có lựa chọn khác vì sông ngòi và nước mưa chỉ đủ cung cấp chưa đến 500 m³/người (bằng một nửa mức mà Liên Hợp Quốc định nghĩa là khan hiếm nước).

Phó giám đốc Qadir cảnh báo, khan hiếm nước sẽ trở nên trầm trọng hơn khi dân số tăng cùng với nhiệt độ, khu vực châu Phi cận Sahara đối mặt nguy cơ trở thành “điểm nóng” khan hiếm nước vào năm 2050. Ông đánh giá khử muối là giải pháp tăng cường nguồn nước tuyệt vời với chi phí giảm đáng kể trong hai thập niên qua.

Chuyên gia môi trường Frithjof C.Kuepper (Đại học Aberdeen) cho biết, 80% lượng nước uống ở Cyprus - quốc gia nóng và khô hạn nhất Liên minh châu Âu (EU) - phụ thuộc giải pháp khử muối. “Quốc gia như Cyprus không có lựa chọn nào khác nếu muốn duy trì cuộc sống”, theo chuyên gia Kuepper.

Vào những năm 1990 khi lượng mưa thay đổi khiến nguồn cung nước bị hạn chế, chính phủ Cyprus cố gắng bù đắp thiếu hụt bằng cách nhập nước từ Hy Lạp. Tuy nhiên, nhập nước đắt hơn khử muối đến 10 lần. Đầu những năm 2000, Cyprus bắt đầu xây dựng nhà máy khử muối đầu tiên.

Tác động môi trường của giải pháp khử muối

Cả Phó giám đốc Qadir lẫn chuyên gia Kuepper đều thừa nhận, với công nghệ hiện tại, giải pháp khử muối gây ra một số tác động môi trường nặng nề.

Đầu tiên, khử muối tiêu tốn nhiều năng lượng. Một nghiên cứu năm 2021 của Sáng kiến Zero Brine (nhận tài trợ từ EU) chỉ ra, 4 nhà máy khử muối tại Cyprus tạo ra khoảng 2% tổng lượng khí thải nhà kính quốc gia, chiếm 5% tổng mức tiêu thụ điện quốc gia.

Ngoài ra, nghiên cứu còn lưu ý sản xuất nước khử muối tại Cyprus tạo ra khoảng 103 triệu m³ nước thải độ mặn cao độc hại, ảnh hưởng hệ sinh thái cỏ biển Địa Trung Hải trong khu vực.

Nước thải siêu mặn có thể chìm xuống đáy đại dương và tiêu diệt sinh vật biển quan trọng với chuỗi thức ăn. Chất hóa học trong nước thải như đồng hay clorua cực kỳ độc hại với sinh vật.

Cải tiến giải pháp khử muối

Nghiên cứu kết luận cách giải quyết vấn đề khử muối tạo ra nhiều CO2 là sử dụng năng lượng tái tạo cho nhà máy khử muối.

Công ty Boreal Light (trụ sở tại Berlin) đã phát triển nhà máy khử muối bằng điện mặt trời và điện gió nhằm đảm bảo độc lập về năng lượng cũng như tránh biến động giá cả.

“Chúng ta có nước miễn phí, chúng ta lấy điện từ mặt trời và gió miễn phí. Vì vậy, giờ đây chúng ta có thể sản xuất 1.000 lít nước với giá 50 cent”, nhà sáng lập Boreal Light Ali Al-Hakim cho biết. Giá 1 m³ nước khử muối cạnh tranh được với nước lấy từ sông hoặc giếng.

Nước thải siêu mặn có thể được thải đến nơi cách xa các sinh vật biển dễ tổn thương, nhưng chuyên gia Kuepper cho rằng nên giữ chúng trên đất liền.

Một nghiên cứu năm 2019 về giải pháp khử muối từng chỉ ra: natri, magie, canxi, kali, brom, boron, stronti, liti, rubidi và urani từ quá trình khử có thể được tái sử dụng trong công nghiệp lẫn nông nghiệp. Nhưng làm vậy không cạnh tranh về mặt kinh tế.

Các nhà khoa học Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đề xuất dùng nước thải siêu mặn sản xuất natri hydroxit - chất giúp ngăn chặn màng thẩm thấu ngược tắc nghẽn trong quá trình khử muối.

Mặc dù việc tái sử dụng nước thải siêu mặn hiện vẫn ở giai đoạn phát triển, Phó giám đốc Qadir chỉ ra rằng loạt nhà máy khử muối tại Mỹ dùng công nghệ thẩm thấu ngược mới đã tạo ra ít nước thải hơn.

Khoảng 12% lượng nước khử muối trên thế giới được tạo ra ở Mỹ nhưng chỉ 3,9% lượng nước thải là của nước này. Ngược lại, Trung Đông và Bắc Phi tạo ra khoảng 47% lượng nước khử muối nhưng chiếm 70% tổng lượng nước thải toàn cầu, do nhà máy kém hiệu quả hơn. Phó giám đốc Qadir tin tưởng khi giải pháp khử muối tiếp tục được cải tiến, tác động môi trường sẽ giảm.