Nhật Bản đã khởi động nhà máy điện thẩm thấu quy mô lớn đầu tiên tại châu Á. Cơ sở này sản xuất điện liên tục chỉ bằng nước ngọt, nước muối và dòng nước chảy tự nhiên qua màng. Theo Earth.com, nhà máy điện thẩm thấu của Nhật Bản được đặt tại một khu phức hợp khử muối nước biển ở Fukuoka.

Tiếp nối những dự án còn dang dở

Nhà máy Fukuoka tiếp nối nhà máy đầu tiên ở Đan Mạch (năm 2023). Theo tờ Guardian, nhà máy này được xây dựng sau các cuộc trình diễn quy mô thí điểm ở Na Uy và Hàn Quốc, cùng với các nhóm nghiên cứu cũng đang xây dựng nguyên mẫu ở Sydney (UTS), Tây Ban Nha và Qatar. Tuy ý tưởng đơn giản, nhưng việc mở rộng quy mô lại gặp nhiều khó khăn. 

Giáo sư Sandra Kentish đã nói với tờ Guardian, “Mặc dù năng lượng được giải phóng khi nước mặn được trộn với nước ngọt, nhưng rất nhiều năng lượng bị mất đi khi bơm hai dòng nước vào nhà máy điện và do ma sát giữa các màng. Điều này có nghĩa là năng lượng ròng có thể thu được là rất nhỏ.”

Bà nói thêm: “Điều đáng chú ý là nhà máy Nhật Bản sử dụng nước biển cô đặc, nước muối còn lại sau khi loại bỏ nước ngọt trong nhà máy khử muối, làm thức ăn, giúp tăng sự chênh lệch nồng độ muối và do đó tăng năng lượng có sẵn”.

Cơ chế hoạt động

Nhà máy hoạt động bên cạnh các máy bơm biến nước biển thành nước uống cho khu vực. Ưu điểm của nhà máy đến từ việc kết hợp hai dòng nước hiện có tại địa điểm: nước ngọt đã qua xử lý và nước muối cực mặn còn sót lại sau quá trình khử muối. Một màng lọc chọn lọc sẽ ngăn cách chúng. Khi nước chảy từ phía có độ mặn thấp sang phía có độ mặn cao hơn, áp suất sẽ tăng lên và làm quay tua-bin. Quá trình này, được gọi là thẩm thấu chậm áp suất, diễn ra cả ngày lẫn đêm và không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời, gió hay nhiên liệu.

 Theo nhà điều hành, hệ thống cung cấp khoảng 110 kilowatt điện sản xuất ròng và khoảng 880.000 kilowatt giờ mỗi năm, với thời gian hoạt động gần 90%. Phần lớn lượng điện này được sử dụng để vận hành nhà máy khử muối, và lượng điện dư thừa có thể bù đắp nhu cầu điện của hàng trăm hộ gia đình. Vì không cần đốt cháy bất kỳ thứ gì, hệ thống hoạt động mà không phát thải carbon trực tiếp.

Các kỹ sư cho biết lợi thế chính là tính nhất quán. Sông ngòi, đường ống và cửa xả vẫn tiếp tục chảy ngay cả khi thời tiết trở nên khó lường, cho phép các hệ thống thẩm thấu duy trì sản lượng ổn định khi năng lượng mặt trời hoặc gió có thể dao động. Thách thức luôn nằm ở khả năng mở rộng quy mô. Các nguyên mẫu ban đầu vào những năm 2000 gặp khó khăn với ma sát bên trong cao, màng bị tắc nghẽn và hiệu suất bơm kém, làm mất đi phần lớn lợi ích năng lượng lý thuyết. Những tiến bộ gần đây trong vật liệu màng, bộ trao đổi áp suất và thiết kế mô-đun đã bắt đầu thu hẹp khoảng cách đó.

Các địa điểm khử muối là nơi lý tưởng vì chúng tự nhiên cung cấp cả nước ngọt và nước muối cô đặc tại cùng một vị trí, giảm thiểu thất thoát nước bơm và đơn giản hóa việc xử lý nước muối. Các chuyên gia cho biết hàng trăm địa điểm tương tự trên thế giới có thể áp dụng phương pháp này.

Việc lắp đặt tại Nhật Bản gợi ý về một tương lai nơi các cơ sở ven biển lặng lẽ sản xuất năng lượng xanh sạch, 24/7. Nếu các thiết kế sắp tới giảm thiểu tổn thất nội bộ hơn nữa, năng lượng thẩm thấu có thể trở thành một nguồn năng lượng ngách đáng tin cậy ở nhiều vùng ven biển.