Các nhà khoa học tìm ra cách mới giúp khử muối trong nước biển hiệu quả và rẻ hơn

Matxcơva (Sputnik) - Các nhà khoa học từ Đại học Tổng hợp Bách khoa Sankt-Peterburg mang tên Pyotr Đại Đế (SPbPU) trong thành phần của nhóm quốc tế đã phát triển một chương trình cho phép ước tính chi phí khử muối cho 1 m3 nước mặn có tính đến nhiều yếu tố khác nhau.

Theo họ, phương pháp tính toán mà họ đề xuất sẽ giúp đánh giá nhanh chóng và chính xác bất kỳ công nghệ sản xuất nước uống nào có sử dụng nhiên liệu hạt nhân mà không gây hại cho môi trường. Kết quả nghiên cứu được công cố trên tạp chí Desalination.

Nước ngọt đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống và sản xuất, cơ thể con người. Ngoài việc uống, nấu ăn, vệ sinh cá nhân, các nhu cầu khác nhau trong gia đình, nước được dùng với khối lượng lớn trong công nghiệp. Dự trữ nước ngọt trên hành tinh chúng ta được phân bố không đồng đều. Theo WHO, hơn 2 tỷ người không được tiếp cận các dịch vụ về nước uống bảo đảm an toàn.

97% nước trên Trái đất là nước mặn và được tìm thấy ở các đại dương và biển, nhưng nguồn này không thích hợp để cung cấp nước ngọt, vì nước biển thường có độ mặn khoảng 35 g / kg, mà hàm lượng muối trong nước uống không được vượt quá 1 g / kg. Do đó, các nhà khoa học trên khắp thế giới đang cải tiến công nghệ khử muối trong nước, nghĩa là lọc nước biển thành nước uống, các chuyên gia cho biết.

Các nhà khoa học từ Đại học Tổng hợp Bách khoa Sankt-Peterburg mang tên Pyotr Đại Đế (SPbPU) cùng với các đồng nghiệp từ Đại học Bách khoa Milan (Politecnico di Milano) đã tạo ra một thuật toán mới cho phép lựa chọn chiến lược tối ưu áp dụng cho các nhà máy khử muối có quy mô lớn cung cấp nước ngọt cho nhu cầu dân dụng và công nghiệp. Sự phát triển này sẽ giúp xác định các phương pháp khử muối tối ưu để không gây hại cho môi trường, tính toán nhanh chóng và chính xác chi phí khử muối cho 1 m3 nước mặn tại nhà máy khử muối hạt nhân.

Cách lọc nước biển thành nước uống quy mô lớn

Hiện nay có hai cách chính để khử muối trong nước biển. Công nghệ đầu tiên dùng nhiệt làm bay hơi nước biển, chưng cất nước, nước biển được đun nóng, tạo ra hơi nước, lần lượt ngưng tụ để tạo thành nước tinh khiết. Phương pháp thứ hai là thẩm thấu ngược, dùng áp lực để ép nước qua một lớp màng ngăn muối.

Các phương pháp này đòi hỏi một lượng lớn năng lượng. Theo các nhà khoa học, nguồn năng lượng phổ biến nhất được sử dụng tại các nhà máy khử muối là nhiên liệu hóa thạch (chủ yếu là dầu mỏ). Việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ tạo ra một lượng lớn khí nhà kính, mang lại nhiều hệ quả xấu cho môi trường, ví dụ, điều này được quan sát thấy ở các quốc gia thuộc Vịnh Ba Tư.

Một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn là sử dụng năng lượng hạt nhân, nhưng các nhà đầu tư vẫn nghi ngờ về khả năng sinh lời của một doanh nghiệp như vậy, các chuyên gia của Đại học SPbPU lưu ý.

"Nếu chi phí nước ngọt xấp xỉ bằng chi phí nước sinh hoạt cho hộ gia đình, thì có thể khẳng định rằng, việc lắp đặt thiết bị của chúng tôi sẽ được yêu cầu. Nhưng, nếu một mét khối nước ngọt khiến chúng tôi tốn hơn một thỏi vàng, thì không có ích gì khi phát triển công nghệ này hơn nữa", - đồng tác giả của dự án Ekaterina Sokolova, giảng viên cao cấp tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Điện hạt nhân và Nhiệt điện thuộc Viện Kỹ thuật Điện của SPbPU giải thích.

Cô Ekaterina Sokolova cho biết rằng, họ đã đề xuất một chương trình máy tính tiến hành nghiên cứu khả thi và đưa ra con số quan trọng nhất - chi phí 1 mét khối nước ngọt.

"Có một không hai" trên thế giới

Theo các nhà nghiên cứu, sự phát triển của họ chỉ có một không hai trên thế giới.

"Các chương trình hiện có thường sử dụng một sơ đồ quy trình cụ thể. Ví dụ: khử muối bằng nhiên liệu hóa thạch và chưng cất. Các chương trìng này không thể được sử dụng cho các công nghệ và nguồn năng lượng khác", - đồng tác giả của dự án Seyed Hadi Ghazaie‬, giảng viên cao cấp tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Điện hạt nhân và Nhiệt điện thuộc Viện Kỹ thuật Điện của SpbPU, giải thích.

Nhà khoa học nói thêm rằng, phương pháp tính toán mà họ đề xuất có tính đến hơn 200 yếu tố: các đặc điểm khác nhau của nước, môi trường, các thông số của nhà máy khử muối và chính lò phản ứng hạt nhân.

Nếu trước đây các nhà khoa học phải dành nhiều thời gian để tính toán và so sánh chi phí khử muối, thì với sự trợ giúp của chương trình do các nhà khoa học SPbPU phát triển họ có thể thực hiện phép tính gần như ngay lập tức.

"Chúng tôi quyết định tối ưu hóa mọi thứ và sử dụng trí tuệ nhân tạo. Có rất nhiều công thức và thuật toán có thể được sử dụng để có được con số đáng mơ ước trong 10 giây. Khi nhập liệu, chương trình sẽ yêu cầu bạn chỉ đặt 10 yếu tố chính và giá trị của chúng", - đồng tác giả của dự án Khashayar Sadeghi, giảng viên cao cấp tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Điện hạt nhân và Nhiệt điện thuộc Viện Kỹ thuật Điện của SpbPU, cho biết.

Các nhà phát triển báo cáo rằng, chương trình mà họ đã tạo ra có thể được sử dụng để tính toán quá trình khử mặn với lò phản ứng hạt nhân VVER-1000, loại phổ biến nhất trong dòng lò phản ứng theo công nghệ VVER. Theo các nhà khoa học, sự kết hợp giữa công nghệ thẩm thấu ngược và sử dụng VVER-1000 là tối ưu.

"Theo tính toán của chúng tôi, đối với Ả Rập Saudi, chi phí khử mặn sẽ là 0,5159 USD/m³, đối với UAE - 0,4276 USD/m³, ở Ai Cập - 1,4402 USD/m³, ở Ma-rốc - 0,5232 USD/m³. Những con số này hoàn toàn có thể so sánh với giá nước sinh hoạt hiện nay, khối lượng nước khử mặn càng lớn thì càng có lợi, bất kể các điều kiện khác", - chuyên gia Sokolova cho biết.

Trong tương lai gần, các nhà khoa học có kế hoạch sửa đổi thuật toán của họ cho các loại lò phản ứng khác. Họ cũng xem xét khả năng tạo ra thuật toán cho các loại nhà máy khử muối khác nhau để thuật toán này trở thành một công cụ thiết kế các nhà máy khử mặn mới.