Quốc gia châu Á vận hành nhà máy điện ‘từ nước mặn’ đầu tiên, phát điện 24/7 không phụ thuộc thời tiết

Nhật Bản vừa đưa vào hoạt động nhà máy điện thẩm thấu đầu tiên tại thành phố Fukuoka, phía Tây Nam đất nước. Đây là cơ sở thứ hai trên thế giới sử dụng công nghệ này, dự kiến sản xuất khoảng 880.000 kWh điện mỗi năm, đủ để vận hành một nhà máy khử mặn cung cấp nước ngọt cho thành phố và các khu vực lân cận.

Theo chuyên gia Ali Altaee, Đại học Công nghệ Sydney (UTS), sản lượng này tương đương nhu cầu điện của khoảng 220 hộ gia đình Nhật Bản.

Dù vẫn ở giai đoạn thử nghiệm với quy mô khiêm tốn, công nghệ điện thẩm thấu có lợi thế nổi bật so với nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác: có thể hoạt động liên tục 24/7, không phụ thuộc gió hay thời tiết. Cơ chế vận hành chỉ dựa trên sự pha trộn tự nhiên giữa nước ngọt và nước mặn, tạo ra dòng năng lượng ổn định ngày đêm.

Nguyên lý hoạt động

Osmosis (thẩm thấu) là quá trình nước di chuyển qua màng bán thấm từ dung dịch nhạt hơn sang dung dịch đậm đặc hơn để cân bằng nồng độ muối.

Nhà máy điện thẩm thấu áp dụng nguyên lý này: đặt nước ngọt và nước biển ở hai bên màng đặc biệt, với phía nước mặn được duy trì áp suất nhẹ. Khi nước ngọt thẩm thấu sang phía nước mặn, thể tích dung dịch áp suất cao tăng lên, nguồn năng lượng này sẽ được khai thác để chạy tuabin phát điện.

Tại cơ sở Fukuoka, nước ngọt (hoặc nước thải đã xử lý) và nước biển được dẫn vào hai khoang riêng biệt. Khi khoang nước biển tăng áp suất, một phần nước sẽ chảy qua tuabin nối với máy phát, tạo ra điện năng.

Nhà máy Fukuoka là cơ sở thứ hai trên thế giới, sau công trình đầu tiên do công ty SaltPower (Đan Mạch) xây dựng tại Mariager năm 2023. Nhật Bản hiện sở hữu quy mô lớn hơn nhưng công suất vận hành tương tự.

Các thử nghiệm ở quy mô nhỏ cũng được thực hiện tại Na Uy, Hàn Quốc, Tây Ban Nha, Qatar, và một nguyên mẫu tại Sydney (Úc) do UTS phát triển. Tuy nhiên, dự án này bị gián đoạn trong thời kỳ Covid-19.

Thách thức và triển vọng

Dù nguyên lý đơn giản, việc mở rộng công suất vẫn là bài toán khó. Giáo sư Sandra Kentish, Đại học Melbourne, cho biết: “Dù năng lượng được giải phóng khi nước mặn trộn với nước ngọt, nhưng quá trình bơm nước vào hệ thống và ma sát qua màng khiến năng lượng ròng còn lại khá nhỏ”.

Hiện công nghệ màng lọc và bơm đang dần được cải thiện để giảm thất thoát. Đáng chú ý, nhà máy Nhật sử dụng nước biển cô đặc (brine) từ quy trình khử mặn, giúp tăng chênh lệch nồng độ muối, nhờ đó tạo ra nhiều năng lượng hơn.

Các chuyên gia nhận định dự án tại Fukuoka là bước tiến quan trọng, chứng minh tiềm năng thương mại hóa của điện thẩm thấu ở quy mô lớn.

Ông Altaee cho rằng nguyên mẫu tại UTS có thể khởi động lại nếu được cấp vốn, với khả năng áp dụng ở những khu vực có hồ nước mặn như bang New South Wales.

“Chúng ta có nguồn tài nguyên và đội ngũ kỹ thuật để triển khai tương tự nhà máy Fukuoka”, ông nhấn mạnh.

Theo Guardian