Hiện tại, con người sử dụng khoảng 4.000 km3 nước sạch mỗi năm. Tuy vậy, nước sạch đang ngày càng trở nên khan hiếm, và trở thành một vấn đề đau đầu hiện nay.
Vậy tại sao chúng ta không tạo ra nước khử muối từ nước biển nhiều hơn để giải quyết vấn đề thiếu nước sạch?
Tại sao lượng nước khử muối được tạo ra còn hạn chế?
Theo Scientific American, vấn đề mấu chốt là việc khử muối cho nước biển cần rất nhiều năng lượng. Muối hòa tan rất dễ dàng trong nước, nhanh chóng tạo nên những liên kết hóa học rất chắc, và những liên kết này rất khó phá vỡ.
Thêm nữa, năng lượng và công nghệ cần thiết để khử muối trong nước đều rất đắt, điều này có nghĩa việc khử muối sẽ cực kỳ tốn kém.
Rất khó có thể đưa ra con số chi phí chính xác cho việc khử muối trong nước – con số chi phí này thay đổi với biên độ khá lớn. Nó phụ thuộc vào chi phí lao động và chi phí năng lượng, giá đất, hợp đồng tài chính và thậm chí là dựa vào hàm lượng muối trong nước.
Nó có thể tốn từ dưới 1 đô la cho đến hơn 2 đô la để có thể tạo ra 1 mét khối nước đã khử muối từ nước biển. Và đó cũng là lượng nước trung bình của hai người sử dụng trong một ngày ở nhà tại Mỹ.
Nhưng nếu chúng ta chuyển sang lấy nguồn nước sạch từ sông hoặc từ tầng nước ngầm, thì chi phí tạo ra 1 mét khối nước sạch sẽ giảm xuống còn khoảng 10 đến 20 cent. Điều này có nghĩa việc lấy nước sạch từ sông hoặc nguồn nước ngầm vẫn rẻ hơn việc khử muối cho nước.
Tuy nhiên, sự khác biệt về giá cả này đang thu hẹp dần. Ví dụ, để đáp ứng nhu cầu nguồn nước sạch của con người đang ngày càng tăng, quá trình tìm ra một nguồn nước mới hoặc quá trình xây dựng một con đập mới (như ở California chẳng hạn) có thể tiêu tốn đến 60 cent để tạo ra 1 mét khối nước sạch.
Và đôi khi, khó có thể áp dụng được các phương tiện "khai thác" nước truyền thống trong một số trường hợp, do vây, con số chi phí có chiều hướng tăng lên. Đó là lý do tại sao hiện nay California đang nghiên cứu một cách nghiêm túc về việc khử muối trong nước và cũng là lý do tại sao thành phố Tampa lại quyết định xây dựng nhà máy khử muối lớn nhất tại Mỹ.
Hiệp hội Khử muối Quốc tế cho biết, vào năm 2007, có khoảng 13000 nhà máy lọc nước trên toàn thế giới. Những nhà máy này sản xuất ra khoảng 55,6 tỷ lít nước sạch mỗi ngày. Phần lớn các nhà máy này ở các quốc gia như Ảrập Xêút – nơi năng lượng từ dầu rất rẻ nhưng nguồn nước lại khan hiếm.
Làm cách nào để tách muối ra khỏi nước?
Có hai phương pháp cơ bản để phá vỡ các liên kết trong nước mặn: chưng cất nhiệt và tách màn. Chưng chất nhiệt liên quan đến sử dụng nhiệt độ: nước sôi bốc hơi và để lại muối. Phần nước bốc hơi được thu lại và ngưng tụ thành nước bằng cách làm lạnh.
Phương pháp tách màn được sử dụng thông dụng nhất là thẩm thấu ngược. Ở phương pháp này, nước biển được cho đi qua một lớp màng bán thấm giúp phân tách muối ra khỏi nước.
Vì phương pháp này yêu cầu ít năng lượng hơn phương pháp chưng cất nhiệt, cho nên hầu hết các nhà máy, như nhà máy ở Tampa, hiện nay đều sử dụng phương pháp thẩm thấu ngược này.
Mặc dù vậy, chi phí sản xuất nước ngọt từ nước biển không rẻ do chi phí đầu tư, vận hành nhà máy không rẻ.
(Nhà máy Tampa đầu tư 158 triệu USD, đi vào hoạt động năm 2008 nhưng thường hoạt động không hết công suất 25 triệu gallon (95.000 m3) nước uống mỗi ngày theo thiết kế, do chi phí kỹ thuật như màng lọc, cartridge nhanh hỏng hơn so với thời gian thử nghiệm, chi phí dẫn nước cao do ở xa biển, chi phí xử lý nước thải khổng lồ - 40 triệu gallon nước biển lọc qua màng để sản xuất 25 triệu gallon nước ngọt có thể uống được và 15 triệu gallon nước muối...).
Tuy nhiên, mới đây các nhà khoa học Anh đã vừa tạo ra một loại màng lọc mới hứa hẹn là một bước tiến quan trọng và mở ra giải pháp mới để cải thiện hiệu quả của các công nghệ khử mặn nước.
Màng lọc của các nhà khoa học tại Đại học Manchester được làm từ graphene, một loại thù hình của carbon. Graphene được mệnh danh là loại vật liệu mỏng nhất thế giới khi có độ dày chỉ ngang với một nguyên tử và có thể cứng hơn thép tới 200 lần.
Trước đây, graphene dioxit đã được các nhà khoa học chú ý tới trong việc chế tạo màng lọc nước biển. Tuy nhiên, màng graphene dioxit có nhược điểm là chỉ có thể lọc được các tinh thể muối lớn, nghĩa là không lọc được triệt để nước biển. Ngoài ra, khi tiếp xúc với nước, các lỗ hổng trên màng graphenne dioxit sẽ trương phồng lên và tạo điều kiện cho nhiều phân tử muối đi qua.
Khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học tại Đại học Manchester đã tìm cách thêm một lớp nhựa expoxy vào hai bên của màng lọc graphene mới. Việc này giúp giảm kích thước các lỗ trên màng lọc graphene và kiểm soát để ngăn chúng không bị trương phồng lên khi gặp nước. Nhờ đó, hiệu quả lọc nước biển của màng lọc graphene mới đã được tăng lên đáng kể và có thể biến nước biển thành nước ngọt uống được.
Việc tạo ra nước khử muối cũng có những tác động tiêu cực
Cũng có những chi phí về môi trường cho việc khử muối. Cuộc sống của những sinh vật biển có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi các nhà máy khử muối. Một số sinh vật biển sẽ bị giết chết (đặc biệt là những con cá nhỏ hoặc những sinh vật phù du), điều này sẽ làm ảnh hưởng và rối loạn đến chuỗi thức ăn tự nhiên.
Và một vấn đề nữa cần xem xét: chúng ta sẽ làm gì với lượng muối được tách ra từ nước biển? Đưa lượng muối này quay trở lại biển sẽ gây ảnh hưởng đến cuộc sống của các sinh vật ở đó. Dĩ nhiên vẫn có cách giảm thiểu những tác động này, nhưng sẽ tốn rất nhiều chi phí.
Tiềm năng và hướng phát triển trong tương lai
Mặc dù vẫn còn vấp phải nhiều rào cản về kinh tế và môi trường, việc khử muối ngày càng trở nên cần thiết và cấp bách khi thực tế cho thấy nguồn nước sạch đang dần cạn kiệt. Chúng ta đã sử dụng quá mức lượng nước ngầm, chúng ta đã xây dựng quá nhiều đập, và chúng ta đã khai thác gần như tất cả các con sông, các nguồn nước ngọt có thể khai thác được.
Viện Thái Bình Dương là một tổ chức tư vấn phi lợi nhuận ở Oakland (Mỹ) chuyên giải quyết các nhu cầu của toàn thế giới về nước. Tổ chức đã xem xét lại những vấn đề này một cách nghiêm túc và cẩn thận trong một báo cáo năm 2006 có tên là "Desalination, with a Grain of Salt".
Peter Gleick cũng là tác giả một cuốn sách năm 2000 gọi là The World"s Water, trong cuốn sách này, ông và các đồng nghiệp của ông đã khám phá các phương pháp khử muối và một số chủ đề khác.
Trên thực tế, chúng ta cần làm nhiều hơn để có thể sử dụng nguồn nước có sẵn một cách hiệu quả nhất. Nhưng với thực trạng dân số thế giới ngày càng tăng, thì công nghệ khử muối trong nước biển sớm muộn cũng sẽ trở nên phổ biến và phát triển rộng rãi trên toàn thế giới.
Và chúng ta cũng hi vọng rằng với sự phát triển của công nghệ, việc khử muối sẽ đi kèm với các biện pháp xử lý song song giúp cân bằng và bảo vệ môi trường sống của chúng ta hàng ngày, giúp con người có một cuộc sống khỏe mạnh và trong lành hơn.
