Hệ thống chưng cất nước ngọt trên tàu thuyền: Cứu cánh cho những chuyến xa khơi lâu ngày

Từ trước tới nay,, việc đảm bảo sự cân bằng giữa lưu trữ đủ nước ngọt và giảm tải trọng để tiết kiệm chi phí cho tàu đánh cá trong mỗi chuyến xa khơi dài ngày luôn là bài toán khó đối với ngư dân.

Trên thế giới, để giải quyết vấn đề nước sinh hoạt, các tàu đánh bắt xa bờ thường được trang bị hệ thống lọc nước biển thành nước ngọt bằng công nghệ thẩm thấu ngược (RO). Tuy nhiên, giải pháp này lại khó khả thi ở Việt Nam do chi phí đầu tư đắt đỏ và đòi hỏi phải thay bộ lọc thường xuyên. Do đó, phần lớn các tàu cá xa bờ ở nước ta vẫn phải sử dụng cách làm quen thuộc là mang nước ngọt từ đất liền, tích trữ ở các bồn nước trên tàu trong mỗi chuyến đánh bắt xa, dù biết cách làm này vừa chiếm nhiều diện tích, đồng thời tăng tải trọng của tàu, khiến nhiên liệu tiêu hao nhiều hơn.

Trước thực tế đó, nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Khổng Vũ Quảng, ở Viện Cơ khí động lực thuộc trường ĐH Bách khoa Hà Nội, đề xuất lên Bộ GD&ĐT đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống tận dụng năng lượng nhiệt nước làm mát và nhiệt khí thải của động cơ đốt trong để chưng cất nước ngọt từ nước biển sử dụng trên các tàu đánh bắt xa bờ của Việt Nam” (B2017-BKA39).

Ông Quảng cho biết, hệ thống này sẽ đảm bảo cung cấp đủ nguồn nước ngọt phục vụ sinh hoạt trên các tàu khai thác thủy hải sản có chuyến đi biển dài ngày với số lượng người nhiều, mà không phải mang theo nước ngọt từ đất liền trước mỗi chuyến đi như các tàu khai thác thủy hải sản hiện nay. 

PGS.TS Khổng Vũ Quảng cho biết, để có được hệ thống chưng cất nước ngọt phù hợp với nhu cầu sử dụng trên các tàu đánh cá công suất lớn thường được sử dụng trong các chuyến đánh bắt xa bờ dài ngày, ông đã phải kết hợp nhiệt từ nước làm mát của động cơ trên tàu với nguồn nhiệt từ khí thải của động cơ.

Điểm mới của đề tài này là không chỉ là việc tận dụng nhiệt từ nước làm mát và khí thải của động cơ đốt trong mà còn góp phần nâng cao hiệu suất nhiệt của hệ thống động lực trên tàu - bài toán muôn thuở của ngành cơ khí.

“Xuất phát của tôi là ‘dân’ động cơ đốt trong, chúng tôi luôn nghĩ làm cách nào để nâng cao hiệu suất sử dụng của động cơ lên, vì qua hàng trăm năm phát triển nhưng hiệu suất nhiệt của động cơ bây giờ ở mức cao cũng chỉ đạt hơn 40%, còn lại mất qua nước làm mát và khí thải động cơ. Có nhiều giải pháp để tăng hiệu suất, một trong số đó tận sử dụng nguồn năng lượng thừa để sinh công có ích, từ đó chúng tôi đã nghĩ đến chuyện chế tạo hệ thống chưng cất nước ngọt cho các tàu đánh bắt xa bờ”, ông Quảng giải thích.

Từ đó,  PGS.TS. Khổng Vũ Quảng đã cùng các cộng sự tạo ra hệ thống chưng cất nước ngọt theo đề xuất của nhóm nghiên cứu gồm ba thành phần chính: thiết bị thu hồi nhiệt từ nước làm mát, thiết bị thu hồi nhiệt của khí xả và thiết bị hóa ẩm - ngưng tụ để hóa ẩm và ngưng tụ hơi tạo thành nước ngọt từ nước biển sau khi được gia nhiệt từ hai thiết bị thu hồi nhiệt trên.

Sau một quá trình dài mày mò “thử và sai”, từ tính toán sơ bộ, sử dụng phần mềm mô phỏng, chế tạo thử rồi “đập đi làm lại”, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một thiết kế tận dụng tối đa nhiệt lượng từ khí thải và nước làm mát: bao gồm các cánh tản nhiệt chạy dọc bên trong các ống khí thải, bao quanh các ống khí thải là các khoang trao đổi nhiệt; một giàn ống trao đổi nhiệt với các cánh dẫn hướng để thu hồi nhiệt từ nước làm mát. Nước biển sẽ được dẫn qua hai hệ thống này để gia nhiệt, sau đó đi vào bộ phận hóa ẩm - ngưng tụ để tạo thành nước ngọt. Để thuận tiện khi vận hành, các thiết bị này được kết nối với bộ điều khiển có chức năng đóng mở tự động các van điện từ, các bơm và quạt hút chân không.

Hệ thống cũng được tích hợp các cảm biến nồng độ muối, các cảm biến nhiệt độ và cảm biến áp suất. Khi hệ thống làm việc, tín hiệu nhiệt độ, nồng độ muối và áp suất từ các cảm biến được đưa về bộ điều khiển để xử lý và sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành, bao gồm các bơm, các van điện từ và quạt hút chân không được điều khiển tự động để đảm bảo lưu lượng nước biển lưu thông trong hệ thống cũng như quá trình hóa hơi là tối ưu.

Quá trình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định. Tuy nhiên, để đánh giá chính xác hơn, nhóm nghiên cứu cần những thử nghiệm thực tế trên tàu cá.

Với tính sáng tạo và hiệu quả ứng dụng cao, hệ thống tận dụng năng lượng nhiệt của nước làm mát và khí thải của động cơ đốt trong để chưng cất nước ngọt trên tàu khai thác thủy sản xa bờ của nhóm nghiên cứu đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế vào tháng 6/2020.

Sáng chế hứa hẹn sẽ giúp ngư dân Việt Nam tiết kiệm được nhiều chi phí trong các chuyến đánh bắt xa bờ và nâng cao hiệu suất sử dụng của động cơ trên các tàu đánh cá của ngư dân hiện nay.

Thanh An