Trộn nước mặn và nước ngọt: Cách tạo điện độc nhất châu Á của Nhật Bản

Hãy tưởng tượng một thế giới nơi điện năng được tạo ra chỉ bằng cách trộn nước ngọt và nước mặn, không nhiên liệu, không khí thải, không chất thải.

Kịch bản tưởng chừng viễn tưởng này vừa được hiện thực hóa tại Nhật Bản với việc khánh thành nhà máy điện thẩm thấu đầu tiên ở châu Á, chỉ đứng thứ hai trên toàn cầu.

Nguồn năng lượng sạch bị lãng quên

Theo The Guardian, điện thẩm thấu (Osmotic Power), hay còn gọi là năng lượng gradien độ mặn, từ lâu được các nhà khoa học xếp vào nhóm nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng.

Cơ chế của nó bắt nguồn từ quá trình thẩm thấu tự nhiên: nước di chuyển từ nơi ít muối (nước ngọt) sang nơi nhiều muối (nước biển) qua một màng bán thấm, tạo ra áp suất có thể dùng để quay tua-bin và sản xuất điện.

Trộn nước mặn và nước ngọt: Cách tạo điện độc nhất châu Á của Nhật Bản - 1 — Nhà máy tại Fukuoka được thiết kế để sản xuất khoảng 880.000kWh điện mỗi năm (Ảnh: T.G.).

Nguyên lý này vốn đã diễn ra hàng ngày trong tự nhiên – chính là cách cây hút nước từ đất để nuôi dưỡng tế bào. Nhưng phải tới thế kỷ XXI, công nghệ màng bán thấm đủ bền và tinh vi mới cho phép con người khai thác hiện tượng ấy để tạo ra dòng điện ổn định.

Tuy nhiên, trong cuộc chạy đua toàn cầu hướng tới năng lượng xanh, điện thẩm thấu vẫn ít được chú ý hơn so với gió, mặt trời hay thủy điện. Nguyên nhân là do thách thức về hiệu suất và chi phí đầu tư ban đầu.

Thế nhưng, với nỗ lực của Nhật Bản, nguồn năng lượng “bị lãng quên” này đang trở lại với vị thế đầy hứa hẹn.

Vừa qua, Nhật Bản chính thức vận hành nhà máy điện thẩm thấu tại thành phố Fukuoka, đảo Kyushu. Đây là công trình đầu tiên của châu Á và thứ hai trên thế giới, sau nhà máy điện thẩm thấu Mariager (Đan Mạch) ra mắt năm 2023.

Dựa trên chuyên môn lâu đời về thủy điện, Nhật Bản đã “nâng cấp” công nghệ thẩm thấu thành quy mô công nghiệp.

Nhà máy tại Fukuoka được thiết kế để sản xuất khoảng 880.000kWh điện mỗi năm. Con số này tương đương mức tiêu thụ điện của khoảng 220 hộ gia đình – tuy chưa lớn, nhưng mang tính mở đường cho việc mở rộng quy mô trong tương lai.

Điểm đáng chú ý, toàn bộ nguồn điện tạo ra sẽ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nhà máy khử muối gần đó, đảm bảo nước ngọt cho thành phố Fukuoka. Đây được xem là một mô hình kết hợp kép: vừa tạo điện, vừa giải quyết nhu cầu nước sạch, đặc biệt hữu ích với các đô thị ven biển vốn khan hiếm nguồn nước ngọt.

Cơ chế hoạt động độc đáo

Tại Fukuoka, nước ngọt hoặc nước thải đã qua xử lý được đưa vào một bên của màng bán thấm, trong khi phía còn lại là nước biển. Sự chênh lệch nồng độ muối khiến nước di chuyển qua màng, làm tăng áp suất phía nước biển.

Áp suất này được chuyển thành động năng, quay tua-bin nối với máy phát điện, tạo ra dòng điện liên tục.

Giáo sư Sandra Kentish, Đại học Melbourne (Australia), đánh giá: “Điều đặc biệt ở dự án Nhật Bản là họ dùng nước biển cô đặc, phần nước muối còn lại sau quá trình khử muối, để tăng chênh lệch nồng độ. Cách làm này giúp tối đa hóa hiệu suất và tận dụng chính phụ phẩm từ nhà máy khử muối”.

Không giống điện gió hay điện mặt trời phụ thuộc thời tiết, điện thẩm thấu có thể sản xuất 24 giờ mỗi ngày, quanh năm. Đại dương và sông ngòi mang lại nguồn nguyên liệu gần như vô tận, hứa hẹn cung cấp dòng điện ổn định, ít carbon và hoàn toàn tái tạo.

Thách thức và triển vọng

Dù tiềm năng rõ rệt, điện thẩm thấu vẫn đối diện thách thức lớn về công nghệ. Các hệ thống bơm tiêu tốn nhiều năng lượng để đẩy nước qua màng, trong khi bản thân màng lọc dễ bị cản trở bởi ma sát và tạp chất.

Chính những yếu tố này khiến chi phí sản xuất điện thẩm thấu vẫn cao hơn so với các nguồn tái tạo phổ biến.

Tuy nhiên, theo giới chuyên gia, những rào cản này không phải không thể khắc phục. Vật liệu mới, công nghệ xử lý nước thải tiên tiến và thiết kế hệ thống tối ưu đang dần tháo gỡ khó khăn.

Nhiều quốc gia như Na Uy, Hàn Quốc, Tây Ban Nha và Qatar cũng đã khởi động dự án thí điểm, coi Nhật Bản là hình mẫu để học hỏi.

Sự kiện Fukuoka không chỉ có ý nghĩa với riêng Nhật Bản. Nó cho thấy điện thẩm thấu đã bước từ phòng thí nghiệm ra thế giới thực, trở thành lựa chọn khả thi trong chiến lược đa dạng hóa năng lượng toàn cầu.

Trong bối cảnh nhân loại nỗ lực giảm phát thải khí nhà kính và đối mặt biến đổi khí hậu, bất kỳ nguồn năng lượng sạch nào cũng có giá trị chiến lược.

Giới nghiên cứu tin rằng nếu được mở rộng, điện thẩm thấu có thể trở thành nguồn năng lượng bổ sung quan trọng, đặc biệt ở các quốc gia ven biển giàu sông ngòi.

Nguồn: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/tron-nuoc-man-va-nuoc-ngot-cach-tao-dien-doc-nhat-chau-a-cua-nhat-ban-20250906074019738.htm