NĂNG LƯỢNG MẶN – NGỌT:

“DÒNG ĐIỆN XANH” TỪ SỰ GẶP GỠ GIỮA SÔNG VÀ BIỂN

Việt Nam có hơn 3.000 km bờ biển, cùng hàng chục con sông lớn nhỏ đổ ra biển. Mỗi ngày, hàng tỷ mét khối nước ngọt từ sông Cửu Long, sông Hồng, Thu Bồn, Trà Khúc, Đồng Nai... hòa vào nước mặn của Biển Đông. Sự gặp gỡ này không chỉ tạo nên vùng sinh thái cửa sông trù phú, mà còn ẩn chứa một nguồn năng lượng hóa học tự nhiên khổng lồ, năng lượng chênh lệch do nồng độ muối thay đổi, hay còn gọi là Blue Energy.

Một hình thức năng lượng xanh được khám phá và áp dụng qua việc “trộn nước” mặn từ biển và nước ngọt từ sông sẽ xảy ra hiện tượng điện phân ngược và... tạo ra dòng điện. Đó là Năng lượng trộn mặn – ngọt - Salinity Gradient Power, hay còn được gọi là Blue Energy - Năng lượng xanh của đại dương. Nguyên lý cơ bản: Khi nước mặn (nước biển) và nước ngọt (nước sông) gặp nhau, chẳng hạn ở vùng cửa sông có một sự chênh lệch nồng độ muối (ion Na⁺ và Cl⁻) giữa hai nguồn nước. Sự chênh lệch nồng độ ion này có thể được chuyển hóa thành năng lượng điện, tương tự như cách pin hoạt động.

1. Khi sông gặp biển – Năng lượng được sinh ra

Sông Mã giao hòa cùng biển

 
Ở bất kỳ cửa sông nào trên thế giới, nơi dòng nước ngọt của đất liền hòa vào nước mặn của đại dương, một sự kỳ diệu thầm lặng luôn diễn ra: các ion muối trong nước biển và nước sông tự nhiên dịch chuyển, tạo ra một chênh lệch năng lượng điện hóa học. Ngày nay, các nhà khoa học gọi hiện tượng ấy là Năng lượng Xanh của Đại Dương - Blue Energy, hay chính xác hơn là “Năng lượng chênh lệch độ mặn” - Salinity Gradient Power.

Nếu được khai thác đúng cách, nguồn năng lượng này có thể cung cấp hàng terawatt ( một trillion watts – 10¹² watts) điện sạch mỗi năm cho nhân loại, không cần than đá, không cần khí đốt, và hoàn toàn không phát thải carbon.

         2. Nguyên lý: điện phân ngược giữa hai dòng nước 

Cơ chế phát điện từ nước mặn - nước ngọt dựa trên hiệu ứng điện thế tự nhiên sinh ra do sự chênh lệch nồng độ muối (Na⁺, Cl⁻). Có hai công nghệ chính: 

Điện hóa ngược (Reverse Electrodialysis – RED): Hệ thống gồm nhiều lớp màng chọn lọc ion xếp xen kẽ nhau. Khi nước sông và nước biển chảy qua, các ion Na⁺ đi qua màng cation, Cl⁻ qua màng anion, tạo ra một hiệu ứng điện thế. Hàng trăm lớp màng ghép lại thành một “pin sinh học khổng lồ”, phát ra dòng điện liên tục. Đó là hiện tượng điện hóa ngược”.

Trong RED, các màng chọn lọc ion (cation–anion exchange membranes) được đặt xen kẽ nhau giữa các lớp nước mặn và nước ngọt. Do sự chênh lệch nồng độ muối, ion Na⁺ đi qua màng cation, ion Cl⁻ đi qua màng anion, tạo ra hiệu điện thế giữa hai đầu giống như một pin điện hóa tự nhiên. Khi nối mạch ngoài, dòng điện chạy qua, và ta thu được điện năng mà không cần đốt nhiên liệu.

Điện thẩm thấu chậm (Pressure Retarded Osmosis – PRO): Dựa trên nguyên tắc nước ngọt thẩm thấu vào nước mặn qua màng bán thấm, tạo áp suất thủy lực có thể dùng để quay turbine. Nguyên tắc: nước ngọt tự nhiên có xu hướng thấm qua màng bán thấm vào nước mặn để cân bằng nồng độ. Khi dòng nước này bị "chặn lại" bằng áp suất, nó tạo ra áp lực thủy lực, có thể dùng để quay turbine phát điện. Giống như một nhà máy thủy điện mini nhưng năng lượng đến từ chênh lệch nồng độ, không phải từ độ cao.

Một thiết bị thẩm thấu chậm áp suất đã được Maxwell và Weingarten mô tả trong Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 3.587.227 (nộp tháng 6 năm 1969, cấp tháng 6 năm 1971). Phát minh của họ mô tả việc sử dụng màng chọn lọc để điều khiển áp suất của chất lỏng làm việc, bao gồm cả cấu hình “từng đợt” và một cặp piston chuyển động qua lại có thể cung cấp năng lượng liên tục. (Their invention describes the use of a selective membrane to drive pressurization of a working fluid, including both batch configurations and a reciprocating pair of pistons that can provide continuous power.) Từ đó, áp suất thẩm thấu của Weingartens trên một piston chuyển động qua lại của Weingartens để tạo ra năng lượng thẩm thấu liên tục.

Một phiên bản khác của quá trình tạo ra năng lượng PRO đã được Loeb cấp bằng sáng chế vào năm 1973.

Norman đã nộp một bản thảo mô tả khái niệm này cho tạp chí Science vào tháng 5 năm 1974. Trong bản thảo đó, Norman đã chỉ rõ rằng ông không biết về bất kỳ công nghệ nào trước đó. Loeb đã gửi một bình luận về phân tích chi phí của Norman vào tháng 1 năm 1975, trong đó ông đề xuất thuật ngữ "thẩm thấu chậm áp suất".

Statkraft đã khánh thành nhà máy thẩm thấu đầu tiên trên thế giới với công suất 10 kW vào ngày 24 tháng 11 năm 2009 tại Tofte, Na Uy. Người ta ước tính rằng PRO có thể tạo ra 12 TWh hàng năm tại Na Uy, đủ để đáp ứng 10% nhu cầu điện của Na Uy. Vào tháng 1 năm 2014, Statkraft đã chấm dứt dự án thí điểm của họ [9] do lo ngại về tính khả thi về mặt kinh tế.

Bắt đầu từ năm 2021, SaltPower đang xây dựng một nhà máy điện thẩm thấu thương mại khác tại Đan Mạch bằng cách sử dụng nước muối từ một nhà máy điện địa nhiệt.

Năm 2025, Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Nhật Bản và các đối tác địa phương đã xây dựng một nhà máy PRO để tạo ra khoảng 880.000 kilowatt-giờ mỗi năm - đủ để cung cấp năng lượng cho một nhà máy khử muối. Nhà máy kết hợp nhà máy khử muối với hệ thống xử lý nước thải.

3.     Tiềm năng toàn cầu – và bước tiến công nghệ 

Tại châu Âu, Na Uy và Hòa Lan là hai quốc gia tiên phong trong lãnh vực nầy. Công ty Statkraft (Na Uy) đã xây dựng nhà máy Blue Energy đầu tiên tại Tofte năm 2009. Hòa Lan tiếp tục phát triển tại Afsluitdijk, nơi sông IJsselmeer gặp Biển Bắc, với công suất thí điểm 50 kW. Nhật Bản và Đại Hàn hiện nghiên cứu màng nano graphene và polymer chọn lọc ion, giúp tăng hiệu suất lên tới 70% so với lý thuyết.

1 m³ nước trộn (nước ngọt + nước biển) có thể tạo ra khoảng 0.65 kWh điện, gần bằng năng lượng có trong một thác nước cao 200 mét!

Tổ chức nghiên cứu năng lượng châu Âu ước tính, nếu khai thác hết các cửa sông lớn trên thế giới, có thể tạo ra 1,7–2 terawatt điện, tương đương khoảng 10% nhu cầu toàn cầu. Đặc biệt, đây là nguồn năng lượng tái tạo, ổn định, không phụ thuộc thời tiết, và phát thải carbon gần như bằng 0.

4.     Thách thức hiện nay và Triển vọng tương lai

Với chi phí màng lọc ion còn cao, mau bị tắc nghẽn do cặn hoặc sinh vật biển; vì vậy cho nên, hiệu suất chuyển hóa thấp, chỉ khoảng 30–40% so với lý thuyết. Do đó, cần hệ thống thanh lọc nước ở phần hành chuyển vận nước vào nhằm tránh ô nhiễm màng.

Các nước như Hà Lan (Statkraft project), Nhật Bản, Đại Hàn, và Na Uy đang dẫn đầu trong nghiên cứu và thương mại hóa công nghệ này.

Khi công nghệ màng nano và vật liệu graphene phát triển, hiệu suất sẽ tăng mạnh. Từ đó, có thể kết hợp với nhà máy xử lý nước biển, đập thủy triều hoặc năng lượng sóng để tạo tổ hợp năng lượng xanh ven biển.

      4. Việt Nam là nơi “sông gặp biển” quanh năm 

Việt Nam có hơn 3.000 km bờ biển, với hàng chục con sông lớn nhỏ đổ ra Biển Đông. Riêng đồng bằng sông Cửu Long, còn 7 nhánh sông Mekong (Cửa Ba Lai đã đóng lại thành cống nhằm điều tiết nước mặn, và cửa Bassac vị lắp lại do phù sa) hòa vào đại dương là vùng chênh mặn ngọt tự nhiên ổn định nhất Đông Nam Á. Nếu khai thác năng lượng chênh lệch nồng độ muối tại đây, chỉ cần 10% diện tích cửa sông được lắp đặt hệ thống RED, có thể tạo ra 1–2 GW điện sạch.

Cửa sông Hồng, Thái Bình có dòng chảy mạnh và dễ kiểm soát, thích hợp cho nhà máy thí điểm hoặc hệ thống nghiên cứu và đào tạo.

Miền Trung (Thu Bồn, Trà Khúc, Ba) tuy có lưu lượng nhỏ hơn nhưng có thể kết hợp Blue Energy với năng lượng sóng và thủy triều để tạo tổ hợp năng lượng ven biển lai ghép (hybrid).

Theo mô hình của Viện Nghiên cứu Năng lượng Na Uy (Statkraft), chỉ riêng vùng cửa sông Mekong có thể cung cấp từ 1–2 GW điện sạch – đủ cho toàn bộ nhu cầu của các tỉnh miền Tây vào mùa khô.

Công nghệ RED không phát thải CO₂, hoạt động 24/24, không phụ thuộc vào nắng hay gió, không chiếm đất nông nghiệp, và góp phần giảm xâm nhập mặn. Đặc biệt, nếu kết hợp với hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, các nhà máy Blue Energy có thể trở thành công viên năng lượng sinh thái, vừa phát điện, vừa tái tạo môi trường nước, vừa bảo vệ rừng ngập mặn.

Trong tương lai, Việt Nam có thể thành lập một Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Mặn  Ngọt Quốc gia, hợp tác với Statkraft (Na Uy), Wetsus (Hà Lan), và Đại học Tokyo (Nhật). Đưa Blue Energy vào Quy hoạch điện như nguồn năng lượng tái tạo đặc thù vùng ven biển. Gắn kết với mục tiêu trung hòa carbon năm 2050,  trong đó Blue Energy đóng vai trò “điện nền xanh” cho vùng ven biển Nam Việt.

Đã đến lúc, Việt Nam cần phải đưa Blue Energy vào quy hoạch năng lượng tái tạo quốc gia (2025–2035) cùng với điện gió và điện mặt trời, cũng như kết hợp khai thác năng lượng với quản lý môi trường cửa sông, hướng tới mô hình “Ecosystem Energy Park” – “Công viên Năng lượng Sinh thái” kết hợp việc trồng trọc cây công nghiệp, chăn nuôi thủy sản, và du lịch xanh.

      5. Thay lời kết

Blue Energy không chỉ là giải pháp kỹ thuật, mà còn mang một triết lý sâu sắc: sự hòa hợp của các đối cực tự nhiên. Khi nước ngọt và nước mặn gặp nhau, hai cực trái ngược ấy không triệt tiêu nhau, mà hợp thành nguồn năng lượng mới, biểu tượng cho sự hòa hợp giữa con người và thiên nhiên, giữa sông và biển, giữa phát triển và bảo tồn.

Năng lượng trộn mặn – ngọt (Blue Energy) là hình thức chuyển hóa năng lượng hóa học tự nhiên của nước thành điện năng sạch, bền vững, không phát thải, một “nguồn điện của đại dương” hứa hẹn trong tương lai gần.

Từ những cửa sông hiền hòa nơi miền Tây Nam Việt đến vùng cửa biển miền Trung đầy gió, Việt Nam đang nắm trong tay một nguồn năng lượng xanh chưa được khai phá. Nếu được nghiên cứu và đầu tư đúng hướng, Blue Energy có thể trở thành “dòng điện của tương lai”, một biểu tượng cho trí tuệ Việt trong thời đại tái tạo.

Năng lượng mặn - ngọt là nguồn năng lượng xanh mới, sạch và bền vững, nằm ngay tại vùng giao hòa giữa đất và biển Việt Nam. Nó không chỉ là giải pháp kỹ thuật, mà còn là biểu tượng cho sự hòa hợp giữa thiên nhiên và con người, giữa sông và biển, giữa phát triển và bảo tồn, và giữa văn hóa và đạo đức.

Nếu được nghiên cứu nghiêm chỉnh và đầu tư đúng hướng, hai cửa sông Mekong và sông Hồng có thể trở thành “trạm điện tự nhiên” của quốc gia, góp phần giúp Việt Nam tiến gần hơn đến mục tiêu trung hòa carbon năm 2050 bằng chính nguồn năng lượng đến từ quê hương.

Mai Thanh Truyết

Con đường Việt Nam

Tháng Tạ ơn 2025