Nhật Bản khai trương nhà máy điện thẩm thấu đầu tiên

Nhà máy ở Fukuoka là cơ sở khai thác năng lượng điện từ hiện tượng thẩm thấu để nạp cho nhà máy khử muối từ nước biển, và cung cấp nước sạch cho thành phố Nhật Bản.

Fukuoka là thành phố miền tây nam Nhật Bản, cũng là nơi đặt nhà máy điện thẩm thấu thứ hai trên toàn thế giới. Với sản lượng điện ước tính khoảng 880.000 kilowatt giờ mỗi năm, cơ sở đủ sức vận hành một nhà máy khử muối từ nước biển, cung cấp nước sạch cho Fukuoka và những vùng lân cận. Con số trên tương đương với việc cung cấp điện cho 22 hộ gia đình ở Nhật Bản, theo tờ The Guardian dẫn lời tiến sĩ Ali Altaee của Đại học Công nghệ Sydney (UTS). Ông là chuyên gia về phát triển các nguồn nước thay thế và năng lượng sạch.

Trong khi vẫn là công nghệ mới nổi và hiện chỉ được sử dụng ở quy mô nhỏ, sản lượng khiêm tốn, điện thẩm thấu mang đến lợi thế vượt trội so với một số nguồn năng lượng tái tạo khác nhờ khả năng hoạt động không ngơi nghỉ, và không phụ thuộc vào điều kiện môi trường như điện gió, điện mặt trời. Công nghệ này chỉ dựa vào việc trộn lẫn nước ngọt và nước muối, nên dòng năng lượng có thể tiếp tục cả ngày lẫn đêm, cung cấp nguồn điện sạch ổn định và bền vững.

Điện thẩm thấu là gì?

Thẩm thấu là một quy trình tự nhiên, khi mà nước di chuyển qua một màng bán thấm từ phần chứa dung dịch có nồng độ muối thấp sang phần có nồng độ muối cao hơn, nhằm cân bằng nồng độ của hai bên màng. Để dễ hiểu, thử hình dung một cái ly được ngăn đôi bởi một lớp màng mỏng bán thấm. Nếu một bên chứa nước muối và bên còn lại là nước, nước sẽ thấm qua màng về phía nước mặn để làm loãng nó. Lý do là muối không thể di chuyển qua lớp màng này.

Các nhà máy điện thẩm thấu áp dụng cùng nguyên lý trên, bằng cách chứa nước và nước biển ở hai bên một màng lọc đặc biệt, với phía nước biển được tạo áp suất nhẹ. Khi nước thẩm thấu qua màng lọc để chảy về phía nước mặn, thể tích dung dịch bên phía có áp tăng lên, và có thể được khai thác để tạo ra điện. Ở cơ sở của thành phố Fukuoka, nước sạch, hoặc nước thải qua đã qua xử lý, và nước biển được đặt hai bên của màng lọc. Khi bên nước biển gia tăng áp suất và giảm độ mặn, một lượng nước được chảy qua tuabin nối với máy phát điện, tạo ra năng lượng. 

Nơi nào khác trên thế giới sử dụng công nghệ điện thẩm thấu?

Như đã đề cập ở trên, nhà máy ở Fukuoka là cơ sở thứ hai trên toàn thế giới ứng dụng công nghệ mới để sản xuất điện. Cơ sở đầu tiên được xây dựng năm 2023 ở Mariager (Đan Mạch), và phía vận hành là công ty SaltPower. Tiến sĩ Altaee cho biết nhà máy tại Nhật Bản có diện tích lớn hơn nhà máy ở Đan Mạch, dù tạo ra sản lượng điện gần như tương đương. Những cơ sở thí điểm cũng được triển khai ở các nước như Na Uy và Hàn Quốc. UTS có một nguyên mẫu cơ sở điện thẩm thấu ở Sydney, nhưng chương trình đã bị đình trệ trong thời gian xảy ra đại dịch Covid-19. Vị tiến sĩ cũng giúp xây dựng các mô hình thử nghiệm tại Tây Ban Nha và Qatar. 

Những thách thức của công nghệ mới

Trong khi ý tưởng vô cùng đơn giản, việc mở rộng quy mô của dự án lại vấp phải nhiều trở ngại. Giáo sư Sandra Kentish đang công tác tại Đại học Melbourne (Úc) chỉ ra phần lớn năng lượng bị thất thoát trong quá trình bơm nước vào nhà máy điện và trong lúc di chuyển qua các màng lọc. “Trong khi năng lượng được phóng thích lúc nước muối hòa với nước, phần lớn năng lượng lại bị rò rỉ khi bơm hai luồng nước vào nhà máy điện, và từ lực ma sát bị thất thoát khi nước đi qua màng. Kết quả là năng lượng thu được trong thực tế lại ít”, vị giáo sư giải thích.

May mắn là những tiến bộ trong công nghệ màng lọc và bơm đang giúp giảm bớt những vấn đề trên, theo bà Kentish. Bên cạnh đó, cần lưu ý nhà máy Nhật Bản sử dụng nước biển cô đặc (phần còn lại sau khi khử nước ngọt) làm nguyên liệu đầu vào, giúp gia tăng mức chênh lệch của nồng độ muối và từ đó tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Điều này có ý nghĩa gì cho tương lai?

Cả hai chuyên gia đều nhất trí rằng nhà máy điện Nhật Bản đánh dấu thời khắc đầy phấn khích cho công nghệ điện thẩm thấu, vì cung cấp thêm bằng chứng cho thấy công nghệ này có thể được sử dụng để sản xuất điện quy mô lớn. Theo Tiến sĩ Altaee, cơ sở nguyên mẫu tại UTS có thể tái khởi động nếu chính quyền Canberra nối lại việc cung cấp tài chính, mở đường cho việc gia tăng quy mô hoạt động tương tự như trường hợp của Fukuoka. “Chúng tôi có những hồ nước mặn xung quanh bang New South Wales và TP Sydney, và có thể sử dụng những hồ này làm nguồn nguyên liệu nạp cho nhà máy, và chúng tôi cũng có đủ chuyên môn để triển khai dự án này”, ông Altaee nói một cách tự tin.

GIANG VÔ YÊN