Phát hiện chấn động đến từ Mỹ: Nước biển chứa "báu vật" đủ cho nhân loại sử dụng trong 50.000 năm tới

Trang Interesting Engineering đưa tin, các nhà nghiên cứu tại Mỹ đã bắt đầu phát triển công nghệ khai thác nước biển. Họ ước tính rằng chỉ 0,1% nước biển chứa đủ khoáng chất thiết yếu để cung cấp cho nhân loại trong 50.000 năm tới.

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) tin rằng các đại dương trên thế giới chứa một trong những trữ lượng khoáng sản quan trọng chưa được khai thác lớn nhất. Chúng bao gồm lithium, magiê, mangan, coban và các nguyên tố đất hiếm, những chất thiết yếu cho ngành điện tử và năng lượng sạch.

Hiện nhóm nghiên cứu đang tìm cách chiết xuất các vật liệu này từ nước biển dưới sự hỗ trợ của Văn phòng Thủy điện và Thủy động lực học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

Ý tưởng này không hề mới. Trước đó, Hoa Kỳ đã sản xuất phần lớn magiê từ biển trước khi chuyển sang nhập khẩu vào những năm 1990.

Jessica Cross, một nhà hải dương học hóa học tại PNNL, nhận xét: “Chỉ 0,1% nước biển chứa đủ các khoáng chất thiết yếu như magiê và liti, nếu chúng ta có thể khai thác triệt để, để đáp ứng nhu cầu của nhân loại trong 50.000 năm hoặc hơn nữa”.

Một khu bảo tồn dưới nước rộng lớn

Tiến sĩ Chinmayee Subban, nhà hóa học tại PNN, cho biết trở ngại lớn nhất trong việc chiết xuất các khoáng chất quan trọng từ nước biển là nồng độ của chúng cực kỳ thấp. Trong khi magiê tương đối dồi dào, liti và niken lại có mặt với số lượng nhỏ hơn nhiều. Điều này có nghĩa là các kỹ sư phải xử lý một lượng nước khổng lồ để chiết xuất chúng.

“Ưu điểm lớn nhất của nước biển là thành phần hóa học trung bình của nó khá đồng nhất trên toàn thế giới,” Subban giải thích. “Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể phát triển một công nghệ cho một địa điểm và nhanh chóng mở rộng quy mô để triển khai ở nhiều nơi khác nhau.”

Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một lò phản ứng dòng chảy đồng thời liên tục đưa nước biển tiếp xúc với natri hydroxit. Tại điểm hai chất lỏng gặp nhau, magie hydroxit có độ tinh khiết cao sẽ hình thành và có thể được thu gom.

Quy trình này loại bỏ một vài giai đoạn xử lý hóa học và dừng lại ở magie hydroxit, một vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp của Mỹ và hiện đang được nhập khẩu với số lượng lớn.

Theo các nhà nghiên cứu, hệ thống mô-đun này có thể được lắp đặt cạnh các nhà máy khử muối hiện có. Một phân tích cơ sở hạ tầng cho thấy rằng việc kết hợp công nghệ này với nhà máy khử muối Carlsbad của California có thể sản xuất 524.000 kg magie hydroxit mỗi ngày trong trường hợp thu hồi hoàn toàn. Con số này gấp hơn ba lần mức sử dụng hàng ngày hiện tại của cả nước.

Vô vàn cơ hội

Trong khi đó, nhóm nghiên cứu đang tìm cách sử dụng mọi sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình khai thác khoáng sản. Sau quá trình chiết xuất magiê, dung dịch nước muối đậm đặc có thể được dẫn qua màng điện phân lưỡng cực (BPMED). Quá trình này tạo ra cả hóa chất axit và bazơ cần thiết cho các bước xử lý tiếp theo.

Thay vì loại bỏ axit này, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng nó có thể hoạt động hiệu quả hơn axit clohydric thương mại trong việc chiết xuất niken từ olivine. Axit được điều chế từ BPMED đã chứng minh hiệu quả hơn 37% trong việc tách chiết niken so với các loại axit thông thường trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Các sản phẩm phụ còn lại cũng có thể hỗ trợ nuôi trồng thủy sản biển. “Một số vật liệu quan trọng xuất hiện trong rong biển với nồng độ cao gấp triệu lần so với nước biển xung quanh”, Scott Edmundson, Thạc sĩ Khoa học, nhà thực vật học nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Biển của PNNL ở Sequim, kết luận.

Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng nước biển có tính axit nhẹ từ quy trình BPMED có thể thúc đẩy sự phát triển của tảo và cho phép các hệ thống trong tương lai đồng thời thu hồi khoáng chất trong khi sản xuất hóa chất, nhiên liệu, phân bón và sinh khối.

Mặc dù công nghệ này vẫn còn gặp phải những trở ngại về kỹ thuật và chi phí, các nhà nghiên cứu tin chắc rằng phương pháp này có thể tạo ra nguồn cung cấp khoáng sản thiết yếu trong nước và bền vững hơn.