Một mùa hè nắng nóng khắc nghiệt và hạn hán trên khắp thế giới báo động cho vấn đề cấp bách đó là khan hiếm nước. Tình trạng này sẽ trở nên tồi tệ hơn khi biến đổi khí hậu. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hơn 2 tỷ người trên thế giới gặp khó khăn trong việc tiếp cận nguồn nước sạch.
Đối với một số quốc gia, các nhà máy khử muối đưa ra một số giải pháp bao gồm loại bỏ muối khỏi nước biển để đáp ứng nhu cầu nước ngọt. Trung Đông là nơi có nhiều nhà máy khử muối nhất trên thế giới.
Nhưng những nhà máy như vậy chủ yếu vẫn hoạt động dựa vào nhiên liệu hoá thạch, tiêu tốn nhiều năng lượng và quá trình này tạo ra nước thải cực mặn gọi là nước muối. Điều này có thể gây hại cho hệ sinh thái biển và động vật khi nước muối được xả trở lại biển.
Đó là lý do vì sao một số công ty khởi nghiệp và nhà nghiên cứu đang cập nhật công nghệ mặt trời có tuổi đời hàng thế kỷ. Công nghệ này chỉ sử dụng ánh sáng mặt trời để lọc nước. Mặc dù công nghệ này sẽ còn mất rất lâu mới có thể tạo ra được lượng nước sạch nhiều như các nhà máy khử muối, nó vẫn chứng minh được giá trị đối với các cộng đồng ven biển.
Thiết bị nổi có thể chưng cất nước mà không cần điện hoặc thải ra nước muối. (Ảnh: Manhat).
Máy chưng cất năng lượng mặt trời
Công ty khởi nghiệp Manhat tại Abu Dhabi thành lập vào năm 2019 và hiện đang phát triển một thiết bị nổi có thể chưng cất nước mà không cần điện hoặc thải ra nước muối. Thiết bị bao gồm một nhà kính nổi trên bề mặt biển. Ánh sáng mặt trời làm nóng và làm bốc hơi nước bên dưới nhà kính này, tách hơi nước ra khỏi các tinh thể muối dưới biển. Khi nhiệt độ giảm, hơi nước sẽ ngưng tụ thành nước ngọt và được thu gom lại.
Tiến sĩ Saeed Alhassan Alkhazraji, người sáng lập công ty và là phó giáo sư tại Đại học Khalifa của Abu Dhabi cho biết: “Nó thực sự giống với chu trình tự nhiên của nước”. Ông nói rằng quá trình bay hơi nhờ mặt trời từ lâu đã được sử dụng cho mục đích tạo nước ngọt, nhưng thông thường thì nước được đổ vào một cái chậu trùm kín, khi nước đã bay hơi, muối sẽ bị bỏ lại.
Không giống như thiết bị chưng cất sử dụng năng lượng mặt trời truyền thống, thiết bị của Manhat trôi nổi trong đại dương, hút nước trực tiếp từ biển. Alhassan cho biết, muối không chất đống trong thiết bị và các ống thu nước có đầu vát ngăn các giọt nước bay hơi.
Đầu năm nay, công nghệ đã được cấp bằng sáng chế của Manhat đã giành được giải thưởng Water Europe Innovation dành cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ với các giải pháp đột phá trong lĩnh vực nước. Công nghệ mà công ty sáng tạo ra được đánh giá cao về khả năng sản xuất nước ngọt mà "không khí thải carbon và không thải nước muối".
Công ty khởi nghiệp có kế hoạch trang bị công nghệ của mình trong các trang trại nổi. Những trang trại này sẽ sử dụng các thiết bị lọc muối để cung cấp nước ngọt tưới cho cây trồng mà không cần vận chuyển nước và phát thải liên quan.
Điều này sẽ có lợi cho các khu vực ven biển khô cằn, nơi có nhiều đất canh tác, Alhassan nói. Ông nói: “Nếu bạn sản xuất nước ngọt trên bề mặt biển và sử dụng nó cho nông nghiệp, bạn có thể tái tạo đất canh tác một cách hiệu quả”. Ông nói thêm rằng công nghệ này có thể hoạt động hiệu quả đối với các quốc gia như Maldives, nơi vốn có ít đất để có thể xây nhà máy khử muối.
Các công ty khác cũng đang cải tiến những nhà máy chưng cất nước năng lượng mặt trời. Vào năm 2020, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một thiết bị khử muối nổi tự do bao gồm một thiết bị có thể tái sử dụng nhiệt được tạo ra khi hơi nước ngưng tụ, tăng hiệu quả tổng thể của thiết bị.
Trong khi các thử nghiệm thực địa đang diễn ra, công nghệ được quảng cáo là một giải pháp "có khả năng phục vụ các khu vực ven biển khô cằn không có lưới điện để cung cấp một nguồn nước hiệu quả, chi phí thấp".
Các nhà nghiên cứu cho rằng nó có thể được thiết kế như một bảng điều khiển nổi trên biển, cung cấp nước ngọt qua các đường ống dẫn vào bờ hoặc nó có thể được thiết kế để phục vụ một hộ gia đình bằng cách đặt nó bên trên một bể nước biển.
Ống thu gom nước. (Ảnh: Manhat).
Mở rộng quy mô
Geoff Townsend, chuyên gia về các cải tiến trong vấn đề khan hiếm nước của công ty xử lý nước và vệ sinh Ecolab, tin rằng mặc dù các cải tiến về chưng cất nước năng lượng mặt trời không thể thay thế phương pháp khử mặn thông thường, chúng có thể "bổ sung cho công nghệ hiện có, giảm lượng khí thải carbon của toàn bộ quá trình khử muối".
Nhưng ông cảnh báo rằng việc khử muối cần có một nguồn cung cấp nước ổn định. Do đó, hiệu suất thay đổi theo mùa hoặc theo ngày có thể ảnh hưởng đến khả năng đạt được yêu cầu sản xuất tối thiểu.
Một thách thức lớn hơn đối với loại công nghệ này chính là quy mô. Townsend nói: “Một nhược điểm là hiệu quả thực chất của chúng rất thấp”. Ông nói thêm rằng thiết bị chiếm nhiều diện tích trong khi lượng nước tạo ra được không nhiều.
Thiết bị của MIT có thể tạo ra khoảng 5 lít nước ngọt mỗi giờ trên 1 mét vuông diện tích thu nạp năng lượng mặt trời. Nguyên mẫu nổi hiện tại của Manhat, có diện tích 2,25 mét vuông nhưng chỉ có một mét vuông mở ra mặt nước, tạo ra 1,5 lít nước ngọt mỗi ngày. Lượng nước này chẳng khác nào muối bỏ bể. Theo ước tính của WHO, một người bình thường cần ít nhất 50 đến 100 lít mỗi ngày để sống khỏe mạnh.
Alhassan cho biết Manhat đang nỗ lực để tăng khối lượng này lên 5 lít bằng cách tối ưu hóa vật liệu và thiết kế. Mục tiêu dài hạn của họ là đạt ít nhất 20 lít. Cho đến nay, công ty khởi nghiệp này này đã huy động được 130.000 USD tiền tài trợ, chủ yếu thông qua sự hợp tác với Abu Dhabi Ports, nhưng với việc tăng cường đầu tư, ông tự tin có thể đạt được các mục tiêu này.
Bất chấp những thách thức, Alhassan tin rằng một ngày nào đó, nước thu được nhờ năng lượng mặt trời sẽ trở thành một nguồn nước ngọt quan trọng. Ông nói: “Chúng ta phải chấp nhận một thực tế rằng nước biển phải đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước ngọt. Nhưng chúng ta cần có một giải pháp giảm thiểu phát thải CO2 và loại bỏ hoàn toàn nước muối".