Cần gì tìm nguyên tố hiếm ngoài vũ trụ khi chúng có đầy trong nước thải

Con người đang trong tình huống trớ trêu, một kho tàng nguyên tố hiếm bị đổ ra ngoài cùng với loại nước bị coi là quá ô nhiễm và tốn kém để làm sạch.

Tiến sĩ Hamidreza Samouei của Đại học Texas A& M đang nghiên cứu các thành phần của nước sản xuất (nước sản xuất là thuật ngữ được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu mỏ hoặc công nghiệp địa nhiệt để mô tả nước được tạo ra như một sản phẩm phụ trong quá trình khai thác dầu và khí tự nhiên, hoặc được sử dụng làm phương tiện để chiết nhiệt). Ông cho biết nước được thải ra từ hoạt động dầu khí chứa gần như mọi nguyên tố trong bảng tuần hoàn, gồm cả những nguyên tố quan trọng đối với nền kinh tế một quốc gia.

Mục tiêu của Samouei là xử lý nước sản xuất bằng cách sử dụng carbon dioxide (CO₂) theo từng giai đoạn để thu hồi những nguyên tố có giá trị và còn tạo ra nước ngọt để sử dụng trong nông nghiệp.

Samouei cho biết: “Việc nhận ra giá trị tiềm ẩn trong nước sản xuất có thể đưa ra các giải pháp hữu hình cho một số thách thức cấp bách nhất trên thế giới về môi trường, từ khí thải CO₂ đến sự khan hiếm ngày càng tăng của một số khoáng chất và nước sạch”.

Nghiên cứu “khai thác nước muối” của Samouei đã được giới thiệu trong một bài báo vào tháng 1.2024 trên Tạp chí Công nghệ Dầu khí của Hiệp hội Kỹ sư Dầu khí. Bài báo có tựa đề “Mỏ vàng lỏng: giải phóng tiềm năng khoáng chất quan trọng của nước sản xuất bằng cách sử dụng carbon dioxide”. Ông đã giới thiệu chủ đề này tại Hội nghị và Triển lãm Tuần lễ Nước Trung Đông được tổ chức vào tháng 12.2023 tại Ả Rập Saudi và báo cáo những khám phá gần đây nhất của mình tại Hội nghị Hiệp hội Nước sản xuất Thường niên vào tháng 2/2024 tại Houston, bang Texas.

Vàng, bạc, bạch kim có nhiều trong nước sản xuất.

Tại sao nước sản xuất lại bị đổ đi?

Nước tích tụ ở các khu vực dưới bề mặt nơi diễn ra các hoạt động địa chất, giống như các hồ chứa hydrocarbon. Nó hòa tan và lưu trữ một lượng lớn khoáng chất và các nguyên tố khác. Trong các hoạt động dầu khí, trung bình cứ thải sáu thùng nước sản xuất thì thu được một thùng dầu, và trong một số trường hợp khan hiếm, tỷ lệ lên tới đáng kinh ngạc là 500 thùng nước sản xuất mới thu được 1 thùng dầu.

Vào năm 2020, lượng nước sản xuất hằng năm từ các hoạt động dầu khí trên toàn cầu đã vượt quá 240 tỉ thùng, trong đó riêng Texas phát sinh 33 triệu thùng nước sản xuất mỗi ngày. Các mỏ dầu ở lưu vực Permian ở Texas tạo ra nhiều nước sản xuất hơn tất cả các mỏ đá phiến khác của Mỹ cộng lại. Việc xử lý khối lượng lớn nước sản xuất này rất tốn kém, vì vậy nước sản xuất chủ yếu bị coi là chất thải và được bơm vào các bãi xử lý dưới bề mặt để cách ly an toàn.

Những giá trị tiềm ẩn trong nước muối

Vì mọi thứ trong nước sản xuất chưa bao giờ được liệt kê nên nghiên cứu của Samouei bắt đầu từ những điều cơ bản. Ông đã thu thập các mẫu nước sản xuất trên khắp nước Mỹ và tạo ra một phương pháp tiêu chuẩn để phân tích hàm lượng nước. Nhờ vậy, ông biết được nó chứa gần như mọi nguyên tố được liệt kê trong bảng tuần hoàn.

Phát hiện của Samouei trong nước sản xuất có các khoáng chất quan trọng như lithium, rubidium, caesium, gali và kim loại nhóm bạch kim – những chất cơ bản cho công nghệ máy tính, năng lượng và vận tải. Quan trọng hơn, giống như các loại nước muối khác được sử dụng trong sản xuất phân bón và các ngành công nghiệp khác, nước sản xuất có hàm lượng natri, kali, magie và canxi dồi dào nhưng ít tốn kém hơn.

Tất cả các khoáng chất này có thể sinh lợi nhiều hơn cả dầu thô. Do vậy chi phí cải tạo nước có thể dễ dàng được bù đắp bằng cách bán các khoáng chất thu hồi được.

Tìm cách xử lý tốt hơn

Samouei giải thích rằng mặc dù việc khử muối trong nước sản xuất đã được xem xét nhưng phương pháp khai thác muối và khoáng chất trước khi xử lý nước vẫn chưa được khám phá.

Phần lớn nghiên cứu hiện tại của ông tập trung vào việc phát triển các phương pháp tốt nhất để chiết xuất các khoáng chất có giá trị từ nước muối trong các giai đoạn tinh chế dựa trên cách sử dụng phương pháp khử muối bằng CO₂. Theo Samouei, đây là “một cách tiếp cận đột phá để thu hồi có chủ ý những khoáng chất mong muốn từ nước sản xuất”. Quá trình này gồm nhiều kỹ thuật lọc khác nhau, chẳng hạn như siêu lọc và lọc nano, thậm chí sử dụng thẩm thấu ngược.

Tiềm năng thương mại hóa

Nghiên cứu đang tạo cơ sở cho việc khai thác nước muối, dù sử dụng nước sản xuất hay các nguồn nước lợ khác, nhưng Samouei cho biết việc phát triển hơn nữa sẽ cần nguồn tài trợ. Các nguồn tài trợ của nhiều chính phủ đang tập trung vào việc khai thác khoáng sản quý ở những nơi xa vời như đáy biển hoặc thậm chí là các tiểu hành tinh trên vũ trụ, chứ không phải vào thứ gì đó đập ngay trước mắt như nước sản xuất.

Samouei hy vọng nghiên cứu của mình sẽ thay đổi quan điểm của ngành dầu khí về nước sản xuất, trước tiên coi đây là phương tiện kiếm tiền sinh lợi. Thậm chí, trong các thập niên sau, có thể coi nước sản xuất là nguồn nguyên liệu đầu vào trong hoạt động khai thác dầu khí thay vì phế phẩm như hiện nay.

Samouei nói: “Nước sản xuất có thể đáng ngại nếu chúng ta coi nó là rác thải, nhưng nếu chúng ta coi nó như một nguồn tài nguyên, nó sẽ có ích cho các thế hệ sau này trên Trái đất”.

• Xử lý nước thải sử dụng công nghệ phân hủy yếm khí
• Công nghệ mới xử lý nước thải công nghiệp thành nước sạch
• Singagpore đã biến nước thải, nước biển thành nước uống như thế nào?

Từ khóa liên quan:

nguyên tố hiếm

nước thải

nước sản xuất

khai thác nước muối

giá trị tiềm ẩn trong nước muối

kim loại quý hiếm

Hamidreza Samouei