Nước ngọt là “mặt hàng” quý giá bậc nhất đối với con người. Trên thế giới hiện này, rất nhiều quốc gia đã và đang bị thiếu nguồn nước ngọt trầm trọng do lượng mưa không đủ, nguồn nước ngầm hạn chế. Sự gia tăng dân số toàn cầu một cách chóng mặt đã làm cho nhu cầu tìm kiếm nguồn nước ngọt mới trở lên cấp thiết và vì thế, các phương pháp khử muối trong nước biển ngày càng quan trọng. Công nghệ hạt nhân nổi lên và trở thành phương pháp hữu hiệu, mang lại khả năng đáp ứng hiệu quả nhu cầu khử muối.
Bất bình đẳng trong phân phối nước
Nếu tổng lượng nước ngọt hiện có được phân phối đều cho tất cả cư dân trên hành tinh, mỗi người sẽ có 16.000 lít nước mỗi ngày hay 5.800 m3 nước mỗi năm. Tuy nhiên, lượng nước ngọt đó lại không được phân phối đồng đều. Ví dụ, ở Iceland, mưa có thể tạo ra trung bình 1,4 triệu lít nước mỗi người mỗi ngày và không có vấn đề gì về nguồn cung cấp. Tình hình này hoàn toàn khác ở Kuwait, nơi lượng nước mưa tạo ra trung bình chỉ 16 lít nước mỗi ngày cho mỗi người.
Phân bố theo quốc gia về nước ngọt tương ứng với tổng tài nguyên nước ngọt được tái tạo
Liên hợp quốc (UN) phân loại mức độ khan hiếm nước thành ba loại:
– Áp lực từ Thủy văn: khi lượng nước sẵn có của một quốc gia dưới 4.600 lít/ngày.người (1.700 m3/năm).
– Khan hiếm nước: khi lượng nước này dưới 2.700 lít/ngày.người.
– Khan hiếm nước tuyệt đối: khi lượng mưa xuống dưới ngưỡng 1.400 lít/ ngày.người.
Theo phân loại này, có tới 49 quốc gia bị ảnh hưởng bởi áp lực từ thủy văn ở các mức độ khác nhau, 9 quốc gia trong số đó khan hiếm nước và 21 quốc gia khan hiếm tuyệt đối. Các quốc gia có mức độ áp lực từ thủy văn cao là ở Bắc Phi hoặc châu Á (Tây Á, Nam Á và Trung Á). Khoảng 02 tỷ người sống ở các quốc gia có áp lực từ thủy văn cao và khoảng 04 tỷ (gần một nửa dân số thế giới) bị thiếu nước trầm trọng trong ít nhất một tháng một năm.
Sử dụng tài nguyên nước không theo quy luật
Trong Báo cáo “Các Mục tiêu Phát triển Bền vững” năm 2019, Liên hợp quốc chỉ ra rằng trong thế kỷ qua, lượng nước tiêu thụ trên toàn cầu đã tăng hơn gấp đôi so với tỷ lệ tăng dân số. Kết hợp với sự phát triển kinh tế xã hội, thay đổi mô hình tiêu dùng và biến đổi khí hậu, điều này làm tăng nhu cầu về nước. Các nguồn nước thông thường như lượng mưa và tuyết tan không còn đủ để đáp ứng nhu cầu của người dân ở những vùng khan hiếm.
Việc sử dụng nước và xử lý nước thải cần có điện để cung cấp, phân phối và vận chuyển. Theo một nghiên cứu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), các hoạt động này chiếm khoảng 4% lượng điện tiêu thụ trên thế giới (năm 2014). IEA ước tính rằng đến năm 2040, mức tiêu thụ điện trong ngành nước sẽ tăng gấp đôi.
Tổng lượng điện tiêu thụ trong ngành nước trên toàn thế giới
Công nghệ khử muối trong nước biển
Có khoảng 16.000 nhà máy khử muối hiện đang hoạt động trên thế giới với tổng sản lượng đạt khoảng 95 triệu m3 nước khử muối mỗi ngày.
Trước những năm 1980, 84% lượng nước khử muối trên thế giới được sản xuất bằng công nghệ ánh sáng đa tầng (MSF) và công nghệ đa hiệu ứng (ME), sau đó là công nghệ màng lọc như thẩm thấu ngược. Năm 2000, 11,5 triệu m3 nước được khử muối mỗi ngày, cùng với công nghệ nhiệt và tất cả các công nghệ đã tạo ra 93% tổng lượng nước được khử muối. Kể từ đó, số lượng và công suất của các nhà máy khử muối tăng theo cấp số nhân trong khi các nhà máy nhiệt điện tăng rất chậm.
Theo LHQ, cung cấp nước và xử lý nước thải tạo ra từ 3 đến 7% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính toàn cầu. Một lượng lớn khí thải này là do tạo năng lượng cần thiết để vận hành hệ thống, hoặc từ các quá trình sinh hóa liên quan đến xử lý nước và nước thải. IEA dự báo mức tiêu thụ điện để khử muối sẽ tăng lên khoảng 345 TWh vào năm 2040, so với 40 TWh vào năm 2014. Chính vì điều này, phương pháp khử mối bằng công nghệ hạt nhân trở lên hiệu quả và là lựa chọn phù hợp cho tương lai.
Cơ sở khử muối đầu tiên gắn với nhà máy điện hạt nhân được Liên Xô xây dựng vào năm 1973 tại địa điểm Aktau (hiện nay là Kazakshtan). Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), Kazakhstan có dự án khởi động lại khử muối sử dụng công nghệ hạt nhân với sự hợp tác của Nga. Sau đó, một số quốc gia như Ấn Độ, Nhật Bản và Pakistan bắt đầu sử dụng các tổ máy hạt nhân để khử muối trong nước biển bên cạnh việc sản xuất điện. Các quốc gia khác như Ả Rập Xê Út, Argentina, Trung Quốc, Hàn Quốc, Ai Cập và Nga đều có các dự án xây dựng nhà máy khử muối hạt nhân.
Cơ sở khử muối trong nước biển sử dụng công nghệ hạt nhân
Theo IAEA, khử muối hạt nhân là lựa chọn khả thi để đáp ứng nhu cầu nước ngọt ngày càng tăng. IAEA có sẵn các chương trình tính toán cho các Quốc gia Thành viên, để giúp họ đánh giá giá trị của việc khử muối hạt nhân. Với các chương trình này, họ có thể thực hiện phân tích kinh tế và nhiệt động lực học để kết hợp các nguồn năng lượng khác nhau với các quy trình khử muối khác nhau.
Ngoài việc sử dụng trong khử muối, các kỹ thuật hạt nhân còn hỗ trợ tích cực cho việc cải thiện khả năng sử dụng nước trong nông nghiệp. Theo thống kê, nông nghiệp chiếm khoảng 70% lượng nước ngọt tiêu thụ trên thế giới, nhưng chưa đến một nửa lượng nước này được sử dụng hiệu quả. Phần còn lại bị mất qua quá trình bay hơi, thẩm thấu và chảy tràn. Nước này, dù là do lắng đọng hay tưới tiêu, đều mang các chất dinh dưỡng, thuốc trừ sâu và hóa chất đến nước mặt và nước ngầm, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước và môi trường.
Các kỹ thuật đồng vị và hạt nhân đang giúp cải thiện hệ thống tưới tiêu và quản lý đất bằng cách thiết lập các phương thức sử dụng nước hiệu quả hơn. Những kỹ thuật này đang dần được đưa vào quản lý nước nông nghiệp. Các đồng vị như oxy-18 và đơteri có thể giúp xác định nguồn và dòng chảy của nước trong thực vật và đất. Các nhà khoa học có thể sử dụng các đồng vị để đo lượng nước mà cây tiêu thụ, lượng nước ”bốc hơi” và lượng nước bốc hơi từ mặt đất. Thông tin này giúp phát triển các chiến lược để cải thiện sản lượng cây trồng, giảm thất thoát nước và ngăn ngừa thiệt hại đối với đất, nước và hệ sinh thái.
Từ khóa: Khử muổi; công nghệ hạt nhân; thủy văn đồng vị;
– CMD&DND –
