STINFO SỐ 9 2014 Suối nguồn tri thức N ơ i b i ể n g ặ p s ô n g So với nhiều thành phố sầm uất tại Na Uy, Tofte chỉ là ngôi làng nhỏ với dân số hơn 3 000 người Nhưng đây lại là nơi Tập đoàn Năng lượn[.]
Suối nguồn tri thức Điện thẩm thấu MAI ANH Trộn nước biển với nước sông để tạo điện Nơi biển gặp sông So với nhiều thành phố sầm uất Na Uy, Tofte làng nhỏ với dân số 3.000 người Nhưng lại nơi Tập đoàn Năng lượng Statkraft lớn châu Âu chọn làm địa điểm xây dựng nhà máy thủy điện “độc vô nhị” giới Khánh thành vào năm 2009, nhà máy vận hành mơ hình thử nghiệm, cơng suất tối đa KW, đáp ứng khoảng 10% nhu cầu điện cho Na Uy năm Với nhà máy này, Statkraft bước đầu thực hóa ý tưởng đời gần 40 năm trước giáo sư Sidney Loeb nguồn lượng “sinh từ vị mặn”: điện thẩm thấu Câu chuyện bắt đầu giáo sư hóa học Sidney Loeb đến làm việc Đại học Ben Gurion Israel Năm 1970, lúc ngắm nhìn quang cảnh dịng sơng Jordan hịa vào biển Chết, Sidney nhận thấy tiềm nguồn lượng tái tạo lớn lao nơi giao thoa hai dòng nước mặn - Ý tưởng phương pháp phát điện tận dụng chênh lệch nồng độ muối nước sông nước biển nảy sinh Và thành năm năm nghiên cứu Sidney sáng chế US 3906250 mang tên “Phương pháp thiết bị phát điện sử dụng áp suất thẩm thấu chậm” (“Method and apparatus for generating power utilizing pressure-retardedosmosis”) Từ đó, PRO (Pressure - retarded osmosis) hay “Áp suất thẩm thấu chậm” trở thành tên gọi cho phương pháp sản xuất điện từ hai dòng nước khác độ mặn, nguồn điện tạo gọi “điện thẩm thấu” Năng lượng thẩm thấu Thẩm thấu chế vật lý phổ biến tự nhiên Đó q trình dịch chuyển chiều dung dịch có nồng độ thấp (nước ngọt) sang dung dịch nồng độ cao (nước mặn) thông qua màng thẩm thấu (loại màng bán thấm, cho dung 30 Giáo sư Sidney Loeb người sáng chế công nghệ lọc nước màng thẩm thấu ngược RO phổ biến môi qua, khơng cho chất hịa tan qua) Trong thể sống, tượng thẩm thấu giúp tế bào trao đổi chất, màng thẩm thấu màng tế bào Với thể thực vật, tượng thẩm thấu cho phép vận chuyển nước từ rễ lên thân Hệ thống PRO phát điện thẩm thấu có cấu tạo đơn giản gồm bể chứa hai ngăn Một ngăn chứa nước biển (nước mặn), ngăn cịn lại chứa nước sơng (nước ngọt) Hai ngăn cách màng thẩm thấu Khi hai luồng nước mặn - giao màng ngăn, tượng thẩm thấu sinh chênh lệch nồng độ muối Nước từ bể chứa nước sông liên tục bị hút qua màng sang phía bể nước biển Áp lực từ dòng nước xâm nhập làm tăng tốc dòng chảy bể nước biển, khiến bể nước biển ngày đầy, đến mức định theo đường ống đổ làm quay tuabin Tuabin chuyển đổi lượng học dòng chảy thành lượng điện Trên lý thuyết, mơ hình phát điện vận hành nơi có hai dịng nước mặn, gặp STINFO SỐ - 2014 Suối nguồn tri thức Hệ thống phát điện PRO Hiện tượng thẩm thấu Sức mạnh từ vị mặn Cũng giáo sư Sidney Loeb, Tập đoàn Statkraft nhận thấy tiềm to lớn công nghệ đầu tư nhà máy Tofte Một hệ thống PRO vận hành hoàn toàn sẽ, tận dụng tượng thẩm thấu nguồn nước tự nhiên, phụ phẩm nước lợ khơng sinh khí thải Hệ thống cho dòng điện ổn định bất chấp thời tiết, tính tốn trước lượng điện tạo ra, thuận lợi nhiều so với lượng gió hay mặt trời Theo nghiên cứu Đại học Yale đăng ACS Journal Environmental Science & Technology năm 2012, tiềm lý thuyết công nghệ 1.650 TWh/ năm Chỉ cần khai thác 10% dòng chảy sơng vào đại dương tồn cầu đủ cấp điện cho tỷ người với lượng khí thải Các chuyên gia MIT cịn cho biết tờ Journal of Membrane Science, cải tiến công nghệ PRO cách lấy nước thải từ nhà máy xử lý nước thải ven biển thay cho nước sơng quy trình cơng nghệ, hiệu khơng cạnh mơ hình Như vậy, không gây hại cho môi trường số loại hình thủy điện truyền thống, hệ thống PRO cho phép tái sử dụng nước thải để phát điện Vì vậy, sở sáng chế Sidney Loeb, Tập đoàn Statkraft bắt tay nghiên cứu xây dựng hình mẫu nhà máy điện thẩm thấu Tofte với tổng kinh phí 26,8 triệu USD, sử dụng màng thẩm thấu làm từ nhựa nhiệt dẻo polyamide Trung bình giây có 10 lít nước chảy qua màng áp suất 10 bar, tương đương áp suất cột nước cao 120 mét So với loại thủy điện khác, công suất phát điện KWh số khiêm tốn, nhiên mục tiêu Statkraft giai đoạn thử nghiệm đánh giá công nghệ PRO Theo kế hoạch, sau thời gian vận hành quy mô nhỏ, nhà máy nâng cấp để đạt công suất 25 MW vào năm 2015, đủ cung cấp điện cho khoảng 10 ngàn hộ gia đình Nhà máy Tofte đóng cửa Trái với mong đợi, năm 2013 Statkraft buộc phải tuyên bố tạm ngưng hoạt động nhà máy khó khăn chi phí Các vấn đề sở hạ tầng, chất lượng màng, công suất nhỏ khiến nỗ lực thương mại hóa điện thẩm thấu Statkraft thất bại “Thách thức phải tập trung nguồn vốn vào công nghệ hiệu sản lượng để đạt chi phí cạnh tranh, đó, sở hạ tầng cho hệ thống PRO tốn công suất lại thấp” - Stein Erik Skilhagen, đại diện Statkraft phát biểu tờ Power Magazine Rào cản lớn vấn đề màng thẩm thấu Trong hệ thống PRO, màng thẩm thấu đóng vai trị quan trọng Khả diện tích thẩm thấu màng định suất phát điện nhà máy Tuy nhiên loại màng tốt sản xuất tối đa watt điện mét vuông, muốn đạt hiệu chi phí, hiệu suất màng phải từ watt trở lên Ước tính, cần diện tích màng khoảng triệu mét vng nhà máy có kích cỡ sân vận động đủ cung cấp điện cho 30.000 hộ gia đình Trước áp lực tài q lớn, Statkraft đành chuyển hướng sang cơng nghệ thủy điện khác tốn hỗn việc mở rộng nhà máy Tofte vào năm 2015 kế hoạch ban đầu Tuy vậy, trả lời câu hỏi phóng viên tờ Power Magazine hiệu thực điện thẩm thấu, đại diện Statkraft nhấn mạnh, dù chưa thể mở rộng quy mô thử nghiệm Tofte chứng minh tiềm lớn điện thẩm thấu Tập đoàn sẵn sàng hỗ trợ mặt công nghệ cho doanh nghiệp nhà nước tư nhân quan STINFO SỐ - 2014 31 Suối nguồn tri thức Nhà máy điện thẩm thấu Tofte, Na Uy Nhà máy điện thẩm thấu Tofte, Na Uy Stein Erik Skilhagen, đại diện Statkraft tâm có đủ tài để theo đuổi nguồn lượng Dù chi phí ban đầu cao, lâu dài, công nghệ PRO trưởng thành ngày hấp dẫn lợi ích mặt mơi trường Trong đó, nghiên cứu cơng nghệ màng thẩm thấu giá rẻ chìa khóa giúp nguồn điện trở nên thực tế Theo Leonardo Banchik, thành viên nhóm nghiên cứu, tín hiệu tích cực cho thấy khả cải thiện vấn đề chi phí nguồn lượng Việc giảm kích thước màng thẩm thấu cắt giảm đáng kể kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống Chìa khóa màng thẩm thấu giá rẻ Nhận định chuyên gia Statkraft khẳng định báo cáo đánh giá hiệu suất kích thước tối ưu màng thẩm thấu MIT thực Kết nghiên cứu đăng ScienceDaily tháng 8/2014 cho thấy, chưa hẳn màng thẩm thấu lớn lượng tạo mạnh Khi diện tích màng tăng lên, lượng tạo tăng đến giới hạn giảm dần Điều thú vị cần ½ kích thước màng tối đa tạo đến 95% sản lượng điện tối đa hệ thống Các nhà nghiên cứu cịn tìm cách “gói ghém” cấu trúc màng cho gọn cuộn lại thành hình xoắn ốc hay quấn quanh ống hình trụ Tru yện cười Tuy nỗ lực thương mại hóa chưa thành cơng, kinh nghiệm từ nhà máy Tofte gợi mở ý tưởng loại hình thủy điện tiềm mẻ Ngồi Na Uy có số quốc gia quan tâm phát triển điện thẩm thấu, có Nhật Bản Sau kiện sóng thần động đất tàn phá nhà máy hạt nhân Fukushima Daiichi năm 2011, Viện Công nghệ Tokyo bắt đầu tăng cường đầu tư cho Trung tâm Nghiên cứu Điện thẩm thấu Các chuyên gia Nhật nhận định, bờ biển dài mạng lưới sơng ngịi Nhật thuận lợi để xây dựng nhà máy PRO Trên lý thuyết, lượng tạo thay - lò phản ứng hạt nhân hoạt động Tuy số e ngại ảnh hưởng từ thay đổi độ mặn đến vi sinh vật nước, xét mặt an toàn, mức độ thân thiện với môi sinh hiệu lâu dài, điện thẩm thấu đánh giá trội điện hạt nhân � Người bí ẩn Công minh bạch Một cặp vợ chồng trẻ nhận nhiều quà cưới quý giá xây tổ ấm Giữa công đường, ông chánh án gọi luật sư bên nguyên bên bị, nghiêm sắc mặt nói: “Trị đút lót khơng giải đâu!” Sáng nọ, họ nhận qua đường bưu phẩm có hai vé mời xem buổi trình diễn tiếng thành phố Trên phong bì kèm theo dịng nhất: “Đốn xem gửi” Cặp vợ chồng lấy làm thích thú cố xác định xem người gửi tặng khơng tài đốn Hơm sau, họ đến nhà hát theo vé mời tận hưởng tối vui vẻ Về đến nhà lúc khuya, hai vợ chồng cố suy đốn tung tích người mời vơ danh họ khám phá nhà bị trộm đồ có giá trị Trên bàn phịng ăn mảnh giấy viết nét chữ với thư gửi kèm theo cặp vé lúc trước: “Bây quý vị biết đấy” 32 Dừng lát, ông chánh án tiếp: - Hôm qua nhận tiền hối lộ hai ông Luật sư bên ngun đơn đưa 1.000 đơla, cịn luật sư bên bị đơn đưa 1.500 đôla Hai luật sư tái mặt, nhìn run rẩy Ơng chánh án rút ví móc xấp tiền đưa cho luật sư bên bị đơn: - Đây, trả lại ông 500 đôla Bây tiếp tục tranh tụng cách thật công minh bạch STINFO SỐ - 2014