Mô hình công nghiệp tuần hoàn cho muối giúp bảo vệ sự trong lành của các dòng sông

Trong mùa đông năm 2018-2019, chỉ riêng ở bang Pennsylvania, một triệu tấn muối đã được sử dụng cho những con đường đóng băng. Lượng muối sử dụng cho công nghiệp như thế này thường thải ra các dòng sông nước ngọt, khiến nước không thể uống được và góp phần vào cuộc khủng hoảng toàn cầu. Chúng ta có thể cải thiện việc bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này như thế nào? Nhà hóa học hữu cơ vật lý Tina Arrowood chia sẻ một kế hoạch ba bước để chặn muối thải ra các dòng sông và tạo ra một nền công nghiệp muối tuần hoàn biến các sản phẩm phụ công nghiệp này thành một nguồn tài nguyên vô giá.

Lớn lên ở phía Bắc Wisconsin,

tôi đã trở nên thân thuộc
với dòng sông Mississipi.

Khi còn nhỏ,

tôi và chị gái hay thi xem ai
có thể đánh vần

"M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i" nhanh hơn.

Khi học tiểu học,

tôi đã được học về các nhà thám hiểm
đầu tiên và những khám phá của họ,

Marquette và Joliet, và cách họ
sử dụng Ngũ Đại Hồ, sông Mississippi

và các phụ lưu của nó
để khám phá ra vùng Trung Tây Hoa Kỳ,

và để vạch ra một tuyến đường thương mại
đến Vịnh Mexico.

Khi học cao học

thật may mắn khi sông Mississippi

ở ngay ngoài cửa sổ
phòng thí nghiệm của tôi

tại trường Đại học Minnesota.

Trong suốt quãng thời gian năm năm,
tôi đã biết thêm về dòng sông.

Tôi trở nên quen thuộc với
thủy chế của nó,

nơi nào bờ sông bị ngập

mà ngay tức thì sau đó

bạn có thể thấy mép bờ khô của nó.

Hôm nay, với tư cách
một nhà hóa học hữu cơ vật lý,

tôi cam kết sử dụng kiến thức của mình

để giúp bảo vệ các dòng sông;
như Mississippi,

khỏi lượng muối hòa tan vượt mức
do các hoạt động của con người.

Vì như bạn biết,

muối hòa tan có thể
làm ô nhiễm các dòng sông.

Lượng muối hoà tan thông thường
ở các dòng sông là 0.05%.

Ở độ mặn đó, chúng an toàn để sử dụng.

Nhưng phần lớn lượng nước trên Trái Đất
được chứa trong các đại dương,

và nước biển thì có độ mặn hơn 3%.

Và nếu bạn uống chúng,
bạn sẽ rất nhanh chóng bị bệnh.

Vậy nên, nếu chúng ta so sánh
khối lượng tương đối của nước mặn

và nước ngọt trên hành tinh,

Nếu có thể chứa toàn bộ lượng nước mặn

trong một bể bơi Olympic,

thì lượng nước ngọt trên hành tinh
chỉ bằng một bình một gallon (3.885 lít).

Vậy bạn có thể thấy rằng
đó là một nguồn tài nguyên quý giá.

Vậy chúng ta có coi nó như một nguồn
tài nguyên quý giá?

Hay chỉ như một cái thảm chùi chân cũ kỹ

mà bạn đặt ở cửa trước
và chùi chân lên nó?

Đối xử với các dòng sông như vậy sẽ để lại
những hậu quả nghiêm trọng.

Hãy xem thử

điều mà một thìa muối có thể làm.

Nếu chúng ta bỏ một thìa muối

vào một bể bơi Olympic nước mặn,

nước mặn vẫn là nước mặn.

Nếu chúng bỏ một lượng muối tương tự

vào bình một gallon nước ngọt,

ngay lập tức, bạn không thể uống
bởi vì nó quá mặn.

Vì vậy, vấn đề ở đây là,

vì các dòng sông có khối lượng quá nhỏ
so với các đại dương,

nó rất dễ bị tổn thương
bởi hoạt động của con người,

và chúng ta cần thận trọng bảo vệ chúng.

Gần đây, tôi khảo sát các văn bản

quan sát chất lượng nước trên thế giới.

Và kỳ vọng có thể thấy được
chất lượng nước tồi tệ như thế nào

tại các vùng khan hiếm nước
và vùng phát triển công nghiệp nặng.

Và tôi đã thấy được điều đó
tại vùng phía Bắc Trung Quốc và Ấn Độ.

Nhưng tôi đã rất ngạc nhiên
khi đọc một bài báo năm 2018

trong đó có 232 địa điểm lấy mẫu sông

được lấy mẫu trên khắp Hoa Kỳ.

Và trong số những địa điểm đó,

37% có độ mặn tăng.

Điều đáng bất ngờ hơn đó là

đó là những vùng có độ mặn tăng cao nhất

được tìm thấy ở phía Đông Hoa Kỳ,

chứ không phải là phía Tây Nam khô cằn.

Các tác giả của bài báo cho rằng

điều này có thể là do sử dụng muối
để làm tan băng trên đường.

Có khả năng, một nguồn muối khác

có thể đến từ nước thải công nghiệp.

Bạn thấy đấy, các hoạt động của con người
có thể khiến nước ngọt từ các dòng sông

thành như nước mặn trong các Đại Dương.

Chúng ta cần làm gì đó trước khi quá muộn.

Tôi có một kiến nghị.

Chúng ta có thể thực hiện một cơ chế
bảo vệ sông gồm ba bước,

và nếu những người sử dụng nước
cho công nghiệp làm theo

các dòng sông có thể
ở trong tình trạng an toàn hơn.

Thứ nhất, điều này liên quan đến việc

lấy ít nước từ các dòng sông hơn

bằng việc thực hiện các hoạt động
tái chế và tái sử dụng nước.

Thứ hai,

Chúng ta cần tách muối khỏi
nước thải công nghiệp

và phục hồi - tái sử dụng
cho những mục đích khác.

Và thứ ba, chúng ta cần chuyển đổi
người tiêu dùng

từ việc sử dụng muối của các mỏ muối

sang sử dụng muối từ các nguồn tái chế.

Cơ chế bảo vệ gồm ba bước này
đã đang được thực hiện.

Đây là điều mà Bắc Trung Quốc
vầ Ấn Độ đang làm

để giúp phục hồi các dòng sông.

Nhưng đề xuất của tôi là

sử dụng các phương pháp này
đề bảo vệ dòng sông

để chúng ta không phải phục hồi chúng.

Và tin tốt,
chúng ta có công nghệ để làm điều đó.

Đó là công nghệ màng lọc.

Công nghệ màng lọc có thể
phân tách muối và nước.

Công nghệ màng lọc đã xuất hiện
trong một vài năm trở lại đây,

và chúng cấu tạo từ vật liệu polymer
có thể phân tách dựa trên kích thước

hoặc dựa trên điện tích.

Công nghệ màng sử dụng để
phân tách muối và nước

thường dựa trên điện tích.

Các màng này được tích điện âm,

đẩy các ion clo-rua điện tích âm

trong muối hòa tan.

Như tôi đã đề cập, công nghệ màng lọc
đã tồn tại được một vài năm,

và hiện nay đang lọc được
25 triệu gallon nước mỗi phút,

thậm chí là nhiều hơn thế.

Nhưng nó còn có tiềm năng hơn thế.

Các màng này dựa trên
nguyên tắc thẩm thấu ngược.

Thẩm thấu là quá trình tự nhiên
trong cơ thể người

cách tế bào hoạt động

quá trình thẩm thấu là nơi bạn có khoang

tách biệt hai nồng độ muối

một với nồng độ muối thấp

và một với nồng độ cao.

Ngắn cách khoang là màn bán lọc.

Dưới quá trình thẩm thấu tự nhiên,

nước sẽ tự động
di chuyển qua màn

từ nơi có nồng độ muối thấp

đến nơi có nồng độ muối cao,

cho đến khi đạt trạng thái cân bằng.

Thẩm thấu ngược là đảo ngược
quá trình tự nhiên này.

Để đạt được kết quả

chúng ta nén một lực
về phía có nồng độ cao

như vậy nước sẽ chảy theo hướng ngược lại,

và như vậy bên có nồng độ cao
trở nên mặn hơn,

đậm đặc hơn,

và bên có nồng độ thấp
sẽ trở thành nước tinh khiết.

Sử dụng thẩm thấu ngược,
chúng ta có thể lấy nước thải công nghiệp

và chuyển đổi đến 95%
thành nước tinh khiết,

còn lại 5% hỗn hợp muối mặn đậm đặc.

Giờ, 5% hỗn hợp muối mặn đậm đặc đó

cũng sẽ được tận dụng.

Các nhà khoa học
đang phát triển các màng lọc

được sửa đổi cho phép
một số muối đi qua

các loại khác thì ở lại.

Sử dụng công nghệ màng lọc,

cụ thể là công nghệ màng lọc nano,

5% dung dịch muối đậm đặc này

có thể được chuyển đổi thành
dung dịch muối tinh khiết.

Vậy, bằng việc sử dụng màng
thẩm thấu ngược và màng lọc nano,

chúng ta có thể chuyển đổi
nước thải công nghiệp

thành nước và muối.

Và khi làm như vậy,

chúng ta đạt được hai bước đầu tiên
của cơ chế bảo vệ sông.

Tôi đã giới thiệu điều này với những người
sử dụng nước trong công nghiệp,

và câu phản hồi chung là,

"Vâng, nhưng ai
sẽ tiêu thụ nguồn muối này?"

Vì vậy, đó là lý do tại sao bước thứ ba
rất quan trọng.

Chúng ta cần biến người sử dụng muối mỏ

thành những người tiêu thụ muối tái chế.

Vậy ai là người tiêu thụ chúng?

Năm 2018 ở Hoa Kỳ,

43% lượng muối tiêu thụ
ở Hoa Kỳ

được sử dụng
để làm tan băng trên đường bộ.

39% được sử dụng
bởi ngành công nghiệp hóa chất.

Hãy nhìn vào hai cách sử dụng này.

Tôi thực sự sốc.

Vào mùa Đông năm 2018-2019,

một triệu tấn muối

đã được sử dụng cho những tuyến đường
tại bang Pennsylvania.

Một triệu tấn muối

là đủ để lấp đầy hai phần ba tòa nhà
Empire State.

Đó là một triệu tấn muối được khai thác
từ mỏ trên Trái Đất,

sử dụng cho đường giao thông,

và sau đó bị rửa trôi ra môi trường
và sông ngòi.

Vậy đề xuất ở đây là ít nhất
chúng ta có thể

thu lại muối từ nước thải công nghiệp,

ngăn chúng chảy ra sông ngòi,

và dùng chúng lại cho các con đường.

Vậy ít nhất khi băng tan vào mùa xuân,

chúng ta thu lại được những dòng chảy
có độ mặn cao này,

và những dòng sông

sẽ được bảo vệ.

Là một nhà hóa học,

điều mà tôi quan tâm hơn là

đưa việc sản xuất muối tuần hoàn
vào ngành công nghiệp hóa học.

Và ngành công nghiệp Clo-kiềm
là phù hợp nhất.

Ngành công nghiệp Clo-kiềm là
nguồn gốc của sơn epoxy,

urethane, dung môi

và nhiều sản phẩm hữu ích mà chúng ta
sử dụng hàng ngày.

Và nó sử dụng muối natri clorua
làm chuỗi cung cấp chính.

Và ý tưởng ở đây là,

trước hết, nhìn vào
mô hình kinh tế tuyến tính.

Trong mô hình kinh tế tuyến tính,
muối khai thác từ mỏ,

qua quá trình clo-kiềm.

tạo thành một hóa chất cơ bản,

có thể chuyển đổi thành sản phẩm mới,

hoặc thành sản phẩm có công dụng hơn.

Nhưng trong quá trình chuyển đổi đó,

muối thường trở thành sản phẩm phụ.

và xả thải trong nước thải công nghiệp.

Với tính tuần hoàn,

chúng ta có thể tái chế nước và muối
trong nước thải công nghiệp,

từ các nhà máy,

và có thể sử dụng chúng làm
nguyên liệu cho quá trình clo-kiềm.

Muối được tuần hoàn.

Điều này tác động mạnh mẽ như thế nào?

Lấy một ví dụ,

50% oxit propylene trên thế giới

được sản xuất bằng quá trình clo-kiềm.

Tổng cộng khoảng năm triệu tấn

được sản xuất hàng năm trên toàn cầu.

Như vậy, năm triệu tấn muối được khai thác

đã chuyển đổi qua quá trình clo-kiềm
thành oxit propylene,

và trong quá trình đó,

năm triệu tấn muối thải ra theo nước thải.

Năm triệu tấn muối

đủ để lấp đầy ba tòa nhà Empire State.

Và đó chỉ là số liệu hàng năm.

Vậy bạn có thể thấy việc sử dụng
muối tuần hoàn

có thể ngăn chặn các dòng nước thải
mặn quá mức như thế nào.

Bạn có thể tự hỏi,

"Công nghệ màng lọc
đã tồn tại được vài năm,

tại sao mọi người không thực hiện
tái sử dụng nước thải?"

Điểm mấu chốt ở đây là

chi phí tốn kém.

Thứ hai,

nước ở các vùng này không được xem trọng

cho đến khi quá muộn.

Bạn biết đấy, nếu chúng ta không lên
kế hoạch cho sự bền vững nước ngọt,

hậu quả sẽ rất nghiêm trọng.

Bạn hãy hỏi một trong các
nhà sản xuất hóa chất lớn trên thế giới

năm ngoái đã phải tiêu tốn
280 triệu dollar

do mực nước sông Rhine giảm thấp
tại Đức.

Bạn có thể hỏi người dân
ở Cape Town, Nam Phi,

trải qua một đợt hạn hán kéo dài năm này
qua năm khác làm cạn kiệt nguồn nước,

và sau đó bị yêu cầu không xả nước
trong nhà vệ sinh.

Bạn có thể thấy,

chúng ta có các giải pháp ở đây,
với màng lọc

chúng ta có thể cung cấp nước

và muối tinh khiết

bằng việc sử dụng công nghệ màng lọc,

để giúp bảo vệ những dòng sông
cho thế hệ tương lai.

Xin cảm ơn.

(Vỗ tay)