điện hạt nhân để khử muối trong nước biển

nước thì nhiều nhưng không phải nước nào cũng uống được
hơn một nửa trái đất là nước biển, quá mặn để uống
khử muối là loại bỏ muối khỏi nước biển và nước lợ để có nước uống - nghe đơn giản nhưng công nghệ phức tạp và tốn điện, thường chạy điện đốt dầu mỏ
rõ là con người không muốn đốt thêm nhiên liệu hoá thạch để có nước uống, cho nên đã nghĩ đến điện hạt nhân để chạy tiến trình khử muối

Khử muối
các nhà máy khử muối hiện đại sử dụng ít nhất một trong 3 công nghệ:
chưng cất nhanh nhiều bậc MSF (multi-stage flash)
chưng cất đa hiệu ứng MED (multi-effect distillation)
thẩm thấu ngược reverse osmosis
các nhà máy quy mô công nghiệp thường kết hợp nhiều phương pháp
MSF và MED thường gọi là những tiến trình nhiệt, dùng nhiệt để bốc hơi nước biển thành hơi nước tinh khiết để ngưng đọng lại thành nước
đầu thập niên 1950 khử muối MSF được phát minh, bao gồm một lò nung nước muối thành hơi nước truyền qua 10 đến 30 phòng có áp suất giảm nhanh để nhanh chóng bốc hơi [flash]
MSF là tiến trình công nghiệp đáng tin cậy và dễ vận hành có thể mở rộng quy mô, mở rộng quy mô là quan trọng nhất - nước uống cho cả thành phố đấy
cho nên MSF là công nghệ khử muối công nghiệp được dùng rộng rãi, nhà máy đặc biệt phổ biến ở sa mạc ven biển khu vực Trung Đông
nhà máy điện và nhà máy khử muối Ras Al-Khair lớn nhất thế giới là nhà máy MSF ở Ả-rập Xê-út sản xuất một triệu mét khối nước mỗi ngày - đủ nước cho 415 bể bơi Olympic mỗi ngày
tiến trình nhiệt khác là MED có nhiều công đoạn: một công đoạn phun nước muối vào những ống hơi nước nóng, nhiệt thoát khỏi ống khiến nước bốc thành hơi để mang sang công đoạn tiếp theo
vòng tròn "tái sử dụng nhiệt" giúp tăng hiệu quả của MED

Màng
Thẩm thấu ngược là phương pháp dựa vào màng, sử dụng điện để đẩy muối qua một màng bán thấm làm từ xen-lu-lô-zơ hoặc sợi nylon
áp suất cao được dùng để đẩy nước qua màng
muối bị màng giữ lại, chỉ nước lọt qua
những công nghệ khử muối dùng màng khác bao gồm phương pháp điện thẩm tách, điện thẩm tách nếu không tiền xử lý thì chỉ thích hợp cho nước lợ
những tiến trình thẩm thấu ngược, bản thân, không loại bỏ được chi phí tiền xử lý, thường tiết kiệm điện hơn
những tiến trình nhiệt cần 10 đến 15 kilowatt.giờ mỗi mét khối nước
thẩm thấu ngược chỉ cần 5 kilowatt.giờ mỗi mét khối
nhưng tiến trình nhiệt dễ mở rộng quy mô và vận hành đáng tin cậy hơn nhiều vì nước không cần tiền xử lý
các nước Trung Đông nhiều dầu nên thoải mái áp dụng tiến trình nhiệt
nhưng dù cách nào thì khử muối vẫn tốn điện và ngày nay phần lớn lấy từ đốt nhiên liệu hoá thạch gây ô nhiễm thiệt hại môi trường lớn, khiến nhiều người tìm đến điện hạt nhân làm lựa chọn thay thế
Kazakhstan và Nhật Bản là hai nước đầu tiên xây dựng nhà máy khử muối chạy điện hạt nhân 'uy tín'
năm 1973 một lò phản ứng làm nguội bằng natri tên là BN350 ở bờ đông biển Cát-xpi đã cấp điện và nhiệt hạt nhân cho nhà máy khử muối
chỉ cách thành phố 12 kilomet, lò phản ứng giúp bổ sung thêm điện cho nhà máy điện than và cấp điện cho công đoạn 1 của hệ thống khử muối MED sử dụng ống hơi nước nóng
bấy giờ hệ thống chạy mượt, không sự cố rò rỉ natri hay hoạt động bất thường nào được báo lại, lò phản ứng tạm ngừng 2 lần mỗi năm để bảo dưỡng định kỳ
hệ thống khử muối đạt công suất 85% và tạo được 40 nghìn mét khối nước mỗi ngày trước khi đóng cửa và ngừng hoạt động cuối thập niên 1990
năm 1978 Nhật Bản uỷ nhiệm một nhà máy khử muối MSF chạy điện hạt nhân từ trạm Ohi có thể sản xuất 1300 mét khối nước uống một ngày
đến nay, Nhật Bản đã có thêm 9 nhà máy khử muối điện hạt nhân, phần lớn vẫn hoạt động, trải qua nhiều tranh cãi về an toàn nhưng không gặp vấn đề hay bất thường nào
những nước khác cũng khởi động nhà máy khử muối điện hạt nhân, trong đó có Pakistan, Ấn Độ và Trung Quốc

Kinh tế
giá thành nước được khử muối phụ thuộc nhiều vào thiết kế, loại hình và địa điểm, khiến giá thành giữa các nhà máy là không giống nhau
ví dụ một nhà máy thẩm thấu ngược lấy nước lợ dưới lòng đất tốn 3-5 đôla mỗi mét khối nước nếu chạy công suất dưới 1000 mét khối mỗi ngày
những nhà máy thẩm thấu ngược hiện đại ở Florida đạt công suất lớn đến 100 000 mét khối mỗi ngày thì chỉ tốn nửa đôla mỗi mét khối trong khi công suất có thể đẩy lên 200 000 mét khối mỗi ngày
cho nên tiến trình thẩm thấu ngược ngày nay được áp dụng rộng rãi
ở các nước Vùng Vịnh nhiều dầu sẵn lòng sử dụng tiến trình nhiệt dễ mở rộng quy mô hơn, công suất thường vượt 100 000 mét khối mỗi ngày, nhưng giữa các nhà máy cũng không giống nhau
ví dụ nhà máy Ả-rập Xê-út đạt 1 triệu mét khối mỗi ngày
giá thành khử muối chủ yếu là tiền vốn: hàng triệu đôla chi ra để cài đặt và nhà đầu tư cần hồi vốn. Gía vốn điện hạt nhân còn cao hơn, nhiều tiền cần chi ngay từ đầu để xây dựng giá thành nước khử muối, góp thứ 2 là tiền điện: gấp đôi giá dầu làm tăng giá nước thêm 70%
rõ ràng người uống nước không muốn giá mua tháng sau cao gấp đôi tháng trước
giá vận hành điện hạt nhân thì rất ổn định vì giá nhiên liệu uranium rất ít ảnh hưởng giá nước. Dù khác biệt giữa các nhà máy, một khi nhà máy đã vận hành, giá thành sẽ không thay đổi mấy
phần lớn các hệ thống khử muối chạy điện hạt nhân hiện hữu vừa sản xuất điện vừa sản xuất nước. Tích hợp hệ thống phụ thuộc vào phương án sử dụng
thẩm thấu ngược, sử dụng điện tạo ra để chạy toàn bộ tiến trình khử muối
những tiến trình nhiệt, sẽ có thêm việc tích hợp. Lò phản ứng tạo ra hơi nước đầu tiên chạy vào một tua-bin để phát điện. Hơi nước sau đó được dẫn lối xa khỏi tua-bin và đặt vào một bộ trao đổi nhiệt để nung nóng nước muối
phần lớn các lò phản ứng điện hạt nhân hiện hữu là PWR - viết tắt cho lò phản ứng nước bị gây áp suất cao - có công suất hơn 1000 megaWatt nhưng lò nhỏ vẫn dùng được và nhiều nước trên thế giới đang điều tra phương án sử dụng
một nhà máy điện hạt nhân có hạn 40 năm, nhà máy khử muối thì chỉ 25-30 năm
tuỳ theo vật liệu, các ống xử lý khử muối nhiệt phải bị thay mỗi 10 đến 20 năm
bộ lọc và hệ thống thẩm thấu ngược cũng phải được thay định kỳ, cho nên thiết kế tích hợp phải tính thêm giá thành bảo trì và nhân lực

An toàn
sự cố Charnobyl và Fukushima gây xôn xao dư luận đã bôi xấu hình ảnh của điện hạt nhân
nhà máy điện hạt nhân tốn nhiều tiền xây dựng ban đầu nên nguy cơ bị đóng cửa vì lo ngại an toàn khu vực là khá nhức đầu
rủi ro lớn nhất của khử muối hạt nhân là ô nhiễm phóng xạ vào nước, đặc biệt rủi ro lớn với những nhà máy sử dụng công nghệ khử muối nhiệt
lo ngại chính là đồng vị triti của hydro trong cả tự nhiên và sản sinh trong tất cả các lò phản ứng, dễ thẩm thấu, khuếch tán qua nhiều rào cản vật lý, không thể bị lọc ra và phản ứng với nước thành nước siêu nặng
triti gây ung thư, ra quyết định về hạn mức quy định là chủ đề gây tranh cãi và nhiều bên, do đó thường là chủ đề chính trị, nằm trong khoảng từ 100 becơren mỗi lít ở châu Âu đến 30 000 ở Phần Lan
đã được công nhận rộng rãi rằng uống phải triti thì độc hại hơn gấp 25000 lần hít phải
cho nên các kỹ sư đã xây dựng những rào cản giữa nước làm mát lò phản ứng chính, dung dịch thực sự vào lò phản ứng, và nước biển được khử muối - ít nhất 2 vòng lặp và rào cản - thường là lò hơi và một bộ trao đổi nhiệt
quan trọng nhất là ngăn rò rỉ trong bất cứ vòng lặp nào khỏi nhiễm bẩn vật liệu phóng xạ vào nước mặn
ví dụ: một rò rỉ trong lò hơi có thể thoát ra khí triti sau đó thấm vào nước ở cuối vòng lặp
để ngăn ngừa, các kỹ sư sử dụng và giám sát chênh lệch áp suất trong những mạch. Chênh lệch áp suất giữ cho khí rò rỉ không lan ra và những sai biệt bất thường có thể cảnh báo rò rỉ
thử nghiệm ở Nhật Bản, Hoa Kỳ và Kazakhstan cho thấy rằng khử muối hạt nhân liên tục sản xuất được nước có mức triti dưới giới hạn quy định quốc tế và quốc gia
như nhà máy BN-350 khử muối nhiệt điện hạt nhân ở Kazakhstan sản xuất ra sản phẩm nước đã khử muối có mức triti tối đa 6 becơren mỗi lít
hệ thống của Nhật Bản còn tốt hơn, cho thấy chỉ 0.5 becơren mỗi lít trong những vòng lặp thứ 2
trong khi mức triti tìm thấy trong nước mưa tự nhiên ở thành phố Seattle là 11.1 becơren mỗi lít

Môi trường
công nghệ khử muối và hạt nhân đều rủi ro ảnh hưởng môi trường
nhà máy khử muối lấy nước biển nên đe doạ sinh vật biển, ấu trùng, trứng cá và sinh vật phù du bị các nhà máy quét sạch
điều tra cho thấy 10 đến 30% phôi cá bị ảnh hưởng, hậu quả của nhà máy khử muối từ lâu, không cần điện hạt nhân
các kỹ sư thử hạn chế bằng cách giảm tốc độ hút nước biển lại, sử dụng lưới và những rào cản khác.
cho bầu khí quyển, khử muối hạt nhân khá thân thiện môi trường, dù vấn đề gì thì cũng không qua được lợi ích rằng nhiên liệu hoá thạch không bị đốt để lọc lấy nước uống

Một số dự án gần đây
nhiều nước thử nghiệm tính khả thi của các dự án khử muối hạt nhân như Argentina và Ai Cập
Nga đang tìm cách bổ sung khả năng khử muối cho các nhà máy điện hạt nhân nổi, căn bản là tái sử dụng lại tàu thuyền
Hàn Quốc đã tích hợp khả năng khử muối vào lò phản ứng SMART là lò nhỏ mang tính thử nghiệm va an toàn hơn cũng đã sản xuất được 40 000 mét khối nước mỗi ngày, nhưng có vẻ không hứng thú làm thực sự ngay [an toàn]
Trung Quốc lo ngại thiếu nước, đã xây dựng một dự án chuyển nước hàng tỷ đôla
năm 2020 Trung Quốc có 115 cơ sở khử muối chủ yếu cho mục đích công nghiệp và đều chạy điện than
dự án khử muối hạt nhân thương mại đầu tiên ở nhà máy điện hạt nhân Hongyanhe tỉnh Liêu Ninh sản xuất 10 000 mét khối nước mỗi ngày
dự án khác đã đề xuất ở thành phố Ninh Đức tỉnh Phúc Kiến và thành phố Hải Dương tỉnh Sơn Đông
nhiều quốc gia đã có nhà máy điện hạt nhân và nhiều nhà máy ở gần nguồn nước mặn để lấy nước tản nhiệt, cho nên tích hợp khá tiện và tiết kiệm

Kết
các dự án điện mặt trời và điện gió đang nổi lên, khử muối hạt nhân lại cung cấp lượng nước uống lớn, tin cậy và rẻ, nếu thực hiện chuẩn mực và an toàn
khử muối hạt nhân cũng giúp tăng trưởng cần nước cho xã hội và kinh tế, như nông nghiệp cần nhiều nước, xoa dịu căng thẳng và tranh giành nguồn nước ít ỏi giữa các ngành và không cần đốt nhiên liệu hoá thạch
con người sẽ tìm ra những nguồn điện tái tạo khác để khử muối, nhưng hiện nay thì lợi ích kinh tế của khử muối hạt nhân là khó chối cãi