Công nghệ và bài toán an ninh nguồn nước

Khủng hoảng nước toàn cầu

Hệ lụy của khủng hoảng nước đang hiện hữu ở nhiều lĩnh vực, từ sinh hoạt, y tế đến sản xuất và tăng trưởng kinh tế. Theo Sáng kiến thúc đẩy An ninh nguồn nước do WB và các đối tác quốc tế khởi xướng năm 2026, hơn 2,1 tỷ người trên thế giới vẫn chưa có nguồn nước uống an toàn và khoảng 3,4 tỷ người chưa được tiếp cận đầy đủ các điều kiện vệ sinh cơ bản.

Biến đổi khí hậu đang khiến tình hình trở nên nghiêm trọng hơn khi hạn hán và lũ lụt xuất hiện với tần suất ngày càng cao. Theo WB, những cú sốc liên quan đến nước đã và đang làm suy giảm tăng trưởng kinh tế tại nhiều quốc gia, đặc biệt ở các khu vực có tốc độ đô thị hóa nhanh và nguồn nước tự nhiên hạn chế. Ông Ajay Banga – Chủ tịch WB nhận định: “Nước đóng vai trò cốt lõi đối với sự vận hành và phát triển của nền kinh tế”.

Bên cạnh dân số gia tăng và biến đổi khí hậu, sự bùng nổ của AI cũng đang tạo thêm áp lực lên nguồn nước. Một trung tâm dữ liệu quy mô trung bình có thể tiêu thụ khoảng 1,4 triệu lít nước mỗi ngày để làm mát máy chủ, trong khi thế giới hiện có hơn 6.100 trung tâm dữ liệu và dự kiến sẽ có thêm hơn 2.000 trung tâm mới trước năm 2030. Tại Phoenix, bang Arizona (Mỹ), hơn 150 trung tâm dữ liệu đang hoạt động hoặc được quy hoạch, có thể làm áp lực lên nguồn nước địa phương tăng thêm 32% mỗi năm trong bối cảnh khu vực này đã phải đối mặt với hạn hán kéo dài và nguồn nước suy giảm.

Trong khi đó, nông nghiệp vẫn là ngành sử dụng nước lớn nhất thế giới, chiếm khoảng 70-90% lượng nước ngọt khai thác tại khu vực Trung Đông và Bắc Phi. Bên cạnh nhu cầu lớn, nhiều quốc gia còn đối mặt với tình trạng thất thoát nước nghiêm trọng. Tại Jordan, khoảng 50% lượng nước sản xuất bị mất do rò rỉ và các nguyên nhân kỹ thuật, tương đương 76 tỷ lít nước sạch mỗi năm, đủ đáp ứng nhu cầu của khoảng 2,6 triệu người.

Công nghệ mở lối tương lai

Trước áp lực khan hiếm nước ngày càng gia tăng, nhiều quốc gia đang đẩy mạnh các giải pháp tái sử dụng nguồn nước thay vì tiếp tục phụ thuộc vào khai thác tự nhiên. Một trong những mô hình tiêu biểu là hệ thống Bổ sung nước ngầm Orange County tại bang California (Mỹ), nước thải được xử lý bằng công nghệ vi lọc, thẩm thấu ngược và tia cực tím để tạo ra nước có chất lượng cao. Với công suất gần 500 triệu lít mỗi ngày, hệ thống hiện đáp ứng khoảng 45% nhu cầu nước của khu vực trung tâm Orange County và cung cấp nước cho khoảng 1 triệu người dân.

Theo ông Denis Bilodeau – Chủ tịch Cơ quan Quản lý nước Orange County, nước thải sẽ trở thành nguồn nước quan trọng đối với nhiều địa phương trong tương lai. Ông cho rằng mô hình tái chế nước của Orange County có thể được nhân rộng tại các khu vực khan hiếm nước, đồng thời có lợi thế về chi phí khi tiêu thụ năng lượng chỉ bằng khoảng một nửa so với công nghệ khử mặn nước biển.

Bên cạnh tái sử dụng nước thải, công nghệ khử mặn cũng đang có những bước tiến mạnh mẽ. Theo các nghiên cứu về an ninh nguồn nước tại Trung Đông và Bắc Phi, khu vực này hiện sản xuất hơn 50% lượng nước khử mặn toàn cầu. Thế hệ công nghệ mới tập trung vào các loại màng lọc hiệu suất cao như màng nano, màng sinh học mô phỏng protein aquaporin trong tế bào sống và màng lọc sản xuất bằng công nghệ in 3D. Những vật liệu này cho phép nước đi qua nhanh hơn, giảm tiêu hao năng lượng và nâng cao hiệu quả xử lý. Nhiều dự án tại Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất (UAE), Ả Rập Xê Út và Oman còn kết hợp khử mặn với điện mặt trời hoặc điện gió nhằm giảm phát thải carbon và chi phí vận hành.

Bên cạnh đó, các công nghệ như Bản sao số cho phép giám sát mạng lưới cấp nước theo thời gian thực, giúp phát hiện rò rỉ, dự báo sự cố và tối ưu vận hành. Một nghiên cứu tại Jordan cho thấy AI có thể phát hiện điểm rò rỉ trong chưa đầy hai phút và giảm thất thoát nước từ 15-25%, mở ra giải pháp hiệu quả cho các quốc gia đang mất lượng lớn nước sạch do hệ thống đường ống xuống cấp.

Trong lĩnh vực công nghiệp, mô hình tuần hoàn nước đang được đẩy mạnh nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn nước sạch. Tại triển lãm công nghệ môi trường IFAT 2026 ở Đức, các hệ thống tái chế nước làm mát cho nhà máy và trung tâm dữ liệu được đánh giá là một trong những giải pháp nổi bật nhất. Công nghệ tuần hoàn kín kết hợp thẩm thấu ngược cho phép thu hồi và tái sử dụng nước nhiều lần, thậm chí một số hệ thống mới hướng tới mục tiêu tiêu thụ nước gần như bằng 0 sau lần nạp ban đầu.

Trong nông nghiệp, các hệ thống tưới thông minh ứng dụng cảm biến và dữ liệu thời tiết đang giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nước. Theo các dự án do WB hỗ trợ tại Peru, việc hiện đại hóa hệ thống tưới có thể giúp năng suất cây trồng tăng tới 50% trong khi lượng nước tiêu thụ giảm đáng kể. Đây được xem là giải pháp quan trọng khi nông nghiệp vẫn là ngành sử dụng nước lớn nhất thế giới.

Ở tầm nhìn dài hạn hơn, các nhà khoa học đang nghiên cứu công nghệ thu nước trực tiếp từ không khí bằng vật liệu khung kim loại - hữu cơ (MOF). Loại vật liệu này có thể hấp phụ hơi nước ngay cả trong điều kiện độ ẩm thấp từ 5-30%, sau đó giải phóng nước dưới tác động của ánh nắng mặt trời. Các thử nghiệm tại sa mạc Mojave (Mỹ) cho thấy công nghệ này có tiềm năng tạo ra nguồn nước mới cho những khu vực khô hạn và thiếu nước nghiêm trọng trong tương lai.

Trong bối cảnh nguồn nước ngày càng khan hiếm, các công nghệ mới đang mở ra hướng tiếp cận bền vững hơn, với trọng tâm là tái chế, tái sử dụng và tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nước hiện có.