Tại sao ta không thể tự sản xuất ra nước?

Nắm trong tay hydro và oxy, nhưng chúng ta không thể dễ dàng tạo ra chất dẫn của sự sống.

Ai cũng hiểu tầm quan trọng của nước, giá trị của thứ tài nguyên tưởng như dồi dào đang tăng tỷ lệ thuận với số lượng sinh vật sử dụng nước để sinh tồn. Với những quốc gia chưa phát triển, vấn đề mang tên “nước” luôn hiện hữu khiến họ khó bề yên giấc. Có những địa phương chưa nhìn thấy dòng nước sạch chảy dưới chân suốt hàng thế kỷ, lại có những khu vực thừa mứa thứ nước độc hại không thể hấp thụ. Trên Trái Đất tồn tại những nơi sẽ không thể có nước trong tương lai dự đoán được.

Bài học Hóa ai cũng nằm lòng chỉ ra hai thành tố đơn giản tạo nên chất dẫn cho sự sống, là hydro và oxy. Nếu nước đáng quý đến vậy, tạo sao không sử dụng hai chất vừa sẵn, vừa rẻ để sản xuất nước với số lượng lớn? Khó khăn gì việc gắn hydro và oxy để tạo nước?

Hóa ra, vấn đề này khó hơn ta tưởng.

"Quả bom nước"

Hành động tạo nước sẽ cần hai chất nói trên, nhưng khi đổ chúng vào cốc thì đây chỉ đơn thuần là hỗn hợp hydro và oxy thôi. Để ép các electron liên kết với nhau tạo nước, ta cần truyền năng lượng vào tổ hợp chất để khiến hydro và oxy ôm chặt lấy nhau, biến thành dạng lỏng.

Bởi hydro rất dễ bắt lửa và oxy lại hỗ trợ sự cháy, quá trình tạo nước bằng năng lượng dễ vô cùng. Chẳng cần tới lửa, một chớp điện cũng có thể khiến tổ hợp ngay lập tức phản ứng, tạo ra nước khi các electron của hydro và oxy hòa vào nhau trong điệu nhảy hiển vi.

Nhưng vì hydro rất dễ cháy và oxy phản ứng tựa dầu đổ vào lửa, chớp điện sẽ khiến tổ hợp chất nổ tung, và nếu lượng chất đủ lớn, vụ nổ sẽ gây thiệt hại nặng nề. Thảm kịch liên quan tới khinh khí cầu hydro Hindenburg là ví dụ trực quan nhất.

Ngày 6/5/1937, khinh khí cầu Hindenburg đang cố gắng gắn với trạm đỗ thì bắt lửa. Cho tới giờ, nguyên do của thảm kịch vẫn chưa sáng tỏ, nhưng hậu quả của nó thì ai cũng thấy rõ. Khinh khí cầu cháy sáng rực bầu trời New Jersey đang nhá nhem tối, cướp đi sinh mạng của 13 hành khách, 22 người thuộc phi hành đoàn và 1 nạn nhân đứng dưới mặt đất. Nguồn gốc ngọn lửa khiến khối hydro khổng lồ bốc hỏa, lập tức phản ứng với oxy trong không khí và tạo nên quả cầu lửa vấy muội lên trang sử ngành hàng không.

Chỉ trong nửa phút, ngọn lửa nuốt chửng quả khinh khí cầu khổng lồ. Cũng trong nửa phút này, phản ứng hóa học tạo ra một lượng nước không nhỏ.

Việc tạo ra đủ nước cho nhân loại bằng quá trình chết người kể trên sẽ vừa tốn kém, mang quy mô khó tưởng tượng và vô cùng nguy hiểm. Tuy vậy, người tham gia giao thông một thế kỷ trước vẫn nghĩ rằng động cơ đốt trong - tạo động lượng bằng một loạt những vụ nổ nhỏ được động cơ kiểm soát chặt chẽ - nguy hiểm lắm. Còn có thể đặt giả thuyết so sánh cách con người nhìn động cơ điện hay pin trữ năng lượng hôm nay và sau này, nhưng có lẽ bài viết gây khát sẽ đi lạc đề.

Quá trình tạo ra nước từ những vụ nổ nhỏ của hydro và oxy nguy hiểm hôm nay, nhưng tiến bộ khoa học có thể sẽ kiểm soát được nó về sau. Suy cho cùng, hoàn cảnh ép buộc sẽ khiến ta nảy sinh sáng chế.

Nước ở mọi nơi

Vẫn tồn tại những phương pháp thu thập nước từ không khí khác, các dự án dạng này đã đang được thử nghiệm ở nhiều quy mô. Dưới đây là những cách thức chế tạo nước thay vì kích nổ tổ hợp hydro và oxy.

Nước luôn tồn tại quanh ta, chỉ có điều mắt thường không nhìn thấy được thôi. Không khí luôn chứa một độ ẩm nhất định, lượng nước trong không khí sẽ phụ thuộc vào thời tiết. Khi trời nóng ẩm, lượng nước có trong không khí ta vẫn hít thở có thể đạt 6%; khi thời tiết lạnh và khô, lượng nước có thể xuống thấp tới 0,07%.

Không khí ẩm là một phần của vòng tuần hoàn nước nuôi dưỡng sự sống trên Trái Đất. Hiểu một cách đơn giản, nước có trên bề mặt hành tinh bốc hơi và đi vào bầu khí quyển, tích tụ thành mây. Khi đạt điểm bão hòa, hạt nước hình thành và rơi xuống dưới dạng mưa. Nước đọng tại vũng, ao, hồ, suối, sông và biển khởi động vòng lặp một lần nữa.

Giới khoa học đặt câu hỏi: liệu ta có thể chen ngang vào quá trình đã được Trái Đất hoàn thiện sau hàng tỷ năm thử nghiệm, tự trích xuất nước từ không khí?

Những hệ thống có thể lấy nước sẵn có trong không khí thường có hai dạng: công nghệ thấp và công nghệ cao.

Ở những sườn đồi mờ sương, những cụm cư dân vùng cao sử dụng một tấm lưới đặc biệt để lưu giữ nước. Người dân địa phương vốn phải đi một quãng đường xa để có thể tiếp cận nguồn nước sạch, nhưng với công nghệ lưới bắt nước đơn giản, nước sạch sẽ về làng mỗi buổi sáng mờ sương.

Có những doanh nghiệp dốc tiền nghiên cứu sản xuất những cỗ máy có khả năng trích xuất nước từ không khí, với năng suất phụ thuộc vào điều kiện thời tiết địa phương. Khi không khí nóng ẩm, lượng nước những cỗ máy này có được sẽ cao, và trường hợp ngược lại sẽ xảy ra khi máy đặt trong không khí lạnh và khô.

Nắng gắt là điểm chung của các khu vực khô nóng, và đó sẽ lại là nguồn năng lượng cho chính chiếc máy tạo nước. Có những công ty kết hợp hai công nghệ vào một thiết bị, vừa có thể lọc nước từ không khí lại vừa sử dụng chính năng lượng từ ánh nắng để hậu thuẫn quá trình này.

Nước trong khí quyển không chỉ ẩn mình trong không khí quanh ta, mà còn tích tụ dưới dạng những đám mây đang lơ lửng trên cao. Sẽ ra sao nếu ta kích mưa bằng máy bay chuyên dụng?

Hóa ra, táy máy nghịch những thế lực thiên nhiên bất khả chế ngự có thể dẫn tới những hậu quả khó lường.

Hai mặt của một thử nghiệm

Ngày 15/8/1952, cơn lũ quét tệ nhất lịch sử nước Anh tính tới thời điểm bấy giờ cuốn trôi ngôi làng Devon lùng Lynmouth. Suốt nhiều năm, nạn nhân đều nghĩ đây là thảm họa tự nhiên, nhưng tài liệu giải mật sau này gợi ý một diễn biến khác: thử nghiệm do đội các nhà khoa học quốc tế cộng tác với Không lực Hoàng gia Anh đã gây mưa lớn.

Những nước tham gia Chiến tranh Thế giới Lần thứ hai tìm mọi cách để vượt mặt đối thủ, họ đem ra chiến trường những thứ khí tài hiện đại nhất, vũ khí với sức công phá kinh hoàng nhất. Nhưng từ thuở hồng hoang, con người vẫn khiếp sợ sức mạnh của thiên nhiên, lại đồng thời tìm cách thao túng một trong những thế lực mạnh mẽ nhất ta từng biết tới. Không lực Hoàng gia Anh tiến hành thử nghiệm kích mưa nhân tạo.

Tài liệu được giải mật cho thấy có vẻ thí nghiệm đã thành công vượt quá kỳ vọng, và gây nên thảm kịch.

Thả vào mây đá khô, muối và bạc iod, nước Anh tìm ra cách gây mưa nhân tạo. Ngày 15/8/1952, ước tính 90 triệu tấn nước đã tràn qua thị trấn Lynmouth. Cây bật gốc, tạo thành những con đập bất đắc dĩ điều hướng hai con sông lớn chảy qua Lynmouth, tạo thành dòng nước dữ cuốn phăng mọi thứ.

Cho đến giờ, nguyên nhân gây nên cơn lũ quét vẫn còn được nhiều người đồn đoán.

Nhưng cũng với bạc iod, Trung Quốc lại thử nghiệm thành công. Ngọn đuốc sáng tại lễ mở màn của Thế vận hội Olympic Bắc Kinh 2008 có thể cháy rực rỡ là nhờ đêm quang đãng, không một hạt mưa. Các nhà nghiên cứu Trung Hoa đã có thể “hô phong hoán vũ” là nhờ quá trình cloud seeding, tạm dịch là “gieo hạt mưa”.

Thả bạc iod vào mây, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc vắt kiệt lượng nước mưa có trong mây, giúp màn dạo đầu của thế vận hội diễn ra với thời tiết đẹp nhất có thể. Thành công này có được từ nỗ lực nghiên cứu điều khiển thời tiết của người Hoa, kéo dài suốt từ năm 1958.

Điểm trừ của quá trình gieo mưa này là tốn kém. Trong thời buổi cần phải tiết kiệm để duy trì cuộc sống được lâu nhất có thể, chúng ta khó có thể dựa vào những cỗ máy tạo nước. Trước khi nắm trong tay khả năng tạo ra nước theo yêu cầu, có lẽ ta cần tính tới việc yêu nước, tiết kiệm nước trước đã.

Mỗi lần rửa bát, rửa tay hay tắm cho thú cưng, hãy nghĩ tới từng ngụm nước bạn đổ xuống chén, ra tay hay lên cơ thể chó mèo. Những ai có nước sinh hoạt để dùng đều nên có trách nhiệm với từng lần xả nước. Rút ngắn thời gian tắm, đừng bật vòi nước khi không dùng tới, tránh dùng máy giặt, máy rửa bát khi không thực sự cần thiết, tránh tưới cây khi trời còn nóng là những lời khuyên mà nhiều người đồng ý là hiệu quả.

Nhất thủy nhì hỏa. Câu nói cổ xưa không chỉ nói tới sức mạnh của thiên nhiên, mà còn nhắc đến hai yếu tố thiết yếu duy trì sự sống, nước và năng lượng. Khi một lượng lớn cá nhân cùng tiến hành tiết kiệm dù chỉ một lượng nhỏ, thì số dư cũng sẽ rất lớn.