Sự đổi mới màng biến nước biển thành nước ngọt mang lại sự sống nơi hy vọng cạn kiệt

Một cái nhìn của trái đất từ ​​ngoài vũ trụ cho thấy một hành tinh được bao phủ trong nước, với các lục địa được ngăn cách bởi những dải xanh rộng lớn. Tuy nhiên, nước ngọt có sẵn cho con người đại diện cho ít hơn một phần trăm nước trong thế giới của chúng ta. Đại dương chiếm hơn 97 phần trăm lượng nước của hành tinh. Và khi biến đổi khí hậu, phát triển công nghiệp và gia tăng dân số dẫn đến tình trạng khan hiếm nước đến mức nghiêm trọng, hàng triệu người có nguy cơ tử vong được bao quanh bởi nguồn tài nguyên cơ bản nhất cho cuộc sống của con người.
 

Một trong những giải pháp mạnh mẽ nhất cho cuộc khủng hoảng nước toàn cầu là một màng biến đổi nước biển thành nước ngọt - mang lại hy vọng cho một số khu vực khô cằn nhất thế giới. Nhật Bản Toray luôn đi đầu trong công nghệ này cung cấp nước sạch cho hàng triệu người mỗi ngày, trên mọi lục địa. Màng thậm chí có thể biến nước thải thành nước ngọt, một phương tiện quan trọng để tái chế và tái sử dụng nước khan hiếm và cải thiện vệ sinh trong các cộng đồng nghèo.

Quy mô đáng sợ của cuộc khủng hoảng nước

Trong khi Liên Hợp Quốc công nhận việc tiếp cận với nước an toàn là quyền của con người, hơn hai tỷ người vẫn không được tiếp cận với nước sạch và hai phần ba số người trên thế giới phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước nghiêm trọng trong ít nhất một tháng mỗi năm. Điều này làm cho các công nghệ đổi mới ngày càng quan trọng.

Màng thẩm thấu ngược của Toray, được làm bằng polymer tổng hợp, là một vật liệu bán thấm với lỗ chân lông từ 0,6 đến 0,8 nanomet. Để hiểu được mức độ rất nhỏ của nó, một nanomet là một phần triệu của một milimét. Khi nước biển được bơm qua màng, nó ngăn muối và các tạp chất khác thấm qua lỗ chân lông của nó, cho phép nước ngọt nổi lên ở phía bên kia.

Quá trình này được gọi là thẩm thấu ngược vì nước di chuyển tự nhiên qua màng từ khu vực có nồng độ chất tan thấp - chất hòa tan trong dung dịch - đến một nồng độ cao. Ở đây quá trình được đảo ngược khi áp suất bên ngoài buộc các phân tử nước xuyên qua các lỗ chân lông siêu nhỏ, để lại các chất như muối và các hạt bụi bẩn phía sau. Thách thức đối với các nhà sản xuất màng như Toray là cải thiện tính thấm và độ bền của màng khử muối thông qua hóa học tiên tiến.

Một trong những ưu điểm chính của xử lý nước thẩm thấu ngược là mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với khử mặn bay hơi thông thường - một yếu tố quan trọng trong giảm thiểu biến đổi khí hậu. Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới 2018 Beyond Scarcity: An ninh nước ở Trung Đông và Bắc Phi , thẩm thấu ngược nước biển tiêu thụ ít nhất 1/5 năng lượng được sử dụng trong bốc hơi nhiệt. Và trong khi chi phí cho các hệ thống thẩm thấu ngược cao hơn, ngân hàng cho biết họ đã giảm dần xuống còn khoảng 0,53 USD mỗi mét khối cho nhiều dự án quy mô lớn - một xu hướng dự kiến ​​sẽ tiếp tục.
Báo cáo cho biết, thế hệ tiếp theo, màng khử mặn có tính chọn lọc cao sẽ đại diện cho một bước tiến quan trọng. Chọn lọc màng tăng cường sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước và loại bỏ sự cần thiết của các giai đoạn tách bổ sung ... do đó làm giảm việc sử dụng năng lượng và chi phí khử muối.

Phạm vi toàn cầu của công nghệ màng

Tác động của công nghệ thẩm thấu ngược được cảm nhận trên toàn thế giới, nâng cao cuộc sống ở những nơi giàu và nghèo. Tại Singapore, màng thẩm thấu ngược của Toray được sử dụng cho 50% lượng nước sạch được sản xuất ở bang thành phố theo quy trình màng. Trước khi nắm bắt công nghệ này, Singapore đã phải nhập khẩu phần lớn nước vì khối lượng đất nhỏ bé và thiếu tài nguyên nước ngọt. Bây giờ nó đang trên con đường tự cung cấp nước.

Trích nguồn (Source): https://www.toray.com/sustainability/vision/articles/vol08.html 
(được viết bởi The Wall Street Journal Custom Studios)