Nhật Bản vừa đưa nhà máy điện thẩm thấu đầu tiên đi vào hoạt động tại thành phố biển Fukuoka ngày 5/8/2025, đánh dấu bước tiến vào dạng năng lượng tái tạo ít được biết đến nhưng đầy hứa hẹn này. Đây là nhà máy thứ hai thuộc loại này trên toàn thế giới.

Nhà máy điện thẩm thấu ở Fukuoka, được thiết kế để sản xuất khoảng 880.000 kWh điện mỗi năm, đủ để vận hành một cơ sở khử muối ở địa phương, cung cấp nước uống cho Fukuoka và khu vực lân cận. Sản lượng điện này có thể cung cấp cho khoảng 220 hộ gia đình Nhật Bản.

Mặc dù vẫn đang trong giai đoạn đầu và quy mô tương đối nhỏ, nhưng điện thẩm thấu có lợi thế so với các nguồn tái tạo khác như điện gió, điện mặt trời: nó hoạt động liên tục, không ảnh hưởng bởi thay đổi của thời tiết hay ánh sáng và không thải ra carbon dioxide tại thời điểm phát điện.

Thẩm thấu là hiện tượng tự nhiên, trong đó nước di chuyển từ dung dịch ít đậm đặc hơn sang dung dịch đậm đặc hơn qua màng bán thấm. Hãy tưởng tượng ly thủy tinh ngăn cách bởi một màng mỏng chọn lọc. Một bên là nước mặn, bên kia là nước ngọt. Vì muối không thể vượt qua lớp màng, nước ngọt dần chảy về phía bên mặn hơn, pha loãng nó trong quá trình này.

Nhà máy điện thẩm thấu vận hành theo nguyên lý tương tự như thẩm thấu: đặt nước biển và nước ngọt ở hai bên đối diện của một màng thiết kế đặc biệt, nước biển được giữ dưới áp suất nhẹ. Khi nước ngọt di chuyển qua phía nước mặn hơn, thể tích chất lỏng được nén, áp suất tăng lên, dùng để quay turbine, từ đó dẫn động máy phát điện.

Tại nhà máy điện thẩm thấu ở Fukuoka, nước sông hoặc nước thải đã qua xử lý, được kết hợp với nước biển trong hệ thống này. Điện năng được tạo ra từ sự chênh lệch độ mặn giữa hai dòng nước đặt ở hai bên màng bán thấm.

Nhà máy điện thẩm thấu tại Fukuoka là nhà máy thứ hai thuộc loại này trên thế giới, sau nhà máy đầu tiên quy mô thương mại tại Mariager, Đan Mạch, đi vào vận hành năm 2023. Mặc dù quy mô lớn hơn, nhưng hiệu suất của nhà máy tại Nhật Bản lại tương đương nhà máy Đan Mạch. Các dự án thí điểm nhỏ hơn cũng được thử nghiệm tại Na Uy, Hàn Quốc, Tây Ban Nha và Qatar.

Về lý thuyết, nguyên lý hoạt động của điện thẩm thấu rất đơn giản, nhưng việc mở rộng quy mô lại rất khó khăn. Mặc dù năng lượng được giải phóng khi nước mặn pha trộn với nước ngọt, nhưng rất nhiều năng lượng mất đi khi bơm hai dòng nước vào nhà máy điện và tổn thất ma sát trên màng. Điều này có nghĩa, năng lượng ròng có thể thu được là rất nhỏ.

Tuy nhiên, những cải tiến về cả hiệu suất bơm và thiết kế màng giúp giải quyết những hạn chế này. Đáng chú ý ở nhà máy tại Fukuoka: sử dụng nước biển cô đặc, nước muối còn lại từ quá trình khử muối, làm một trong những đầu vào. Điều này làm tăng sự chênh lệch nồng độ muối, cho phép thu hồi năng lượng tốt hơn.

Các nhà máy điện thẩm thấu ở Nhật Bản, Đan Mạch đi vào hoạt động thương mại, là cột mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển năng lượng thẩm thấu, chứng minh rằng công nghệ này có thể được áp dụng để sản xuất điện trên quy mô lớn hơn.