Hạ tầng chất lượng cao – Bài học từ thảm họa động đất tại Kobe

Kobe là một trong những thành phố đầu tiên của Nhật Bản mở cửa thông thương với phương Tây. Đây chính là điều làm nên một Kobe phát triển và hội nhập cả về kinh tế và văn hóa từ những năm cuối thế kỷ 19. Với cảng biển Kobe, được xếp hạng là cảng container lớn nhất thế giới trong giai đoạn từ năm 1973 đến 1978, cơ sở hạ tầng của thành phố được phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, vào năm 1995, thảm họa động đất Hashin đã phá hủy phần lớn cảng biển này, gây thiệt hại lên tới 102,5 tỷ USD, tương đương 2,5% GDP của Nhật Bản vào thời điểm đó.

Hạ tầng điện - Nhiên liệu hydrogen

Trận động đất Hanshin đã khiến người dân Kobe ý thức rõ hơn hết hậu quả thảm khốc của cơn cuồng nộ từ thiên nhiên. Chính vì vậy, Kobe trở thành một trong những địa phương năng nổ nhất trong việc thực hiện các nỗ lực nhằm đối phó với tình trạng biến đổi khí hậu. Với mục tiêu này, chính quyền phối hợp với các doanh nghiệp địa phương, tích cực xúc tiến các giải pháp mang tính tiên phong cho tương lai trong đó đáng chú ý là Sáng kiến đô thị thông minh hydrogen, xây dựng chuỗi cung cấp năng lượng hydrogen và phát triển hệ thống vận hành bằng năng lượng hydrogen.

Hydroen có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng như xe dùng pin nhiên liệu hoặc phát điện sử dụng động cơ turbine khí. Tháng 12/2017, trong khuôn khổ dự án Tổ chức Phát triển Công nghệ công nghiệp và năng lượng mới (NEDO) do Tập đoàn Obayashi và Tập đoàn Kawasaki phối hợp thực hiện, nhà máy thực nghiệm hệ thống đồng phát điện nhiệt (CGS) sử dụng turbine khí hydrogen để phát điện và nhiệt đã được hoàn thiện tại đảo Cảng Kobe . Nhà máy bắt đầu hoạt động thử nghiệm từ tháng 1/2018.

Trong khuôn khổ dự án NEDO, Obayashi Corporation và Kawasaki Heavy Industries đã tiến hành đợt kiểm chứng trong hai ngày 19 và 20/4/2018. Kết quả đợt kiềm chứng này đã xác nhận nhà máy thực nghiệm hệ thống đồng phát điện và nhiệt tại Kobe trở thành nơi đầu tiên trên thế giới vận hành thành công hệ thống phân phối điện và nhiệt cho đô thị được phát ra tự động cơ turbine khí sử dụng 100% nhiên liệu hydrogen.

Sau thành công này, dự án NEDO tiếp tục đẩy mạnh việc sử dụng nhiên liệu hydrogen bằng cách phát triển công nghệ cần thiết để xây dựng các chuỗi cung cấp hydrogen và hệ thống phân phối năng lượng hoàn chỉnh.

Trong thời gian tới, kế hoạch của nhà máy là tiếp tục tiến trình kiểm chứng, thử nghiệm để thu thập dữ liệu về những biến đổi trong hoạt động của động cơ turbine khí chạy bằng hydrogen qua mỗi thời điểm, cân bằng cung cấp điện và nhiệt tối ưu để kiểm soát năng lượng. Thông qua tiến trình kiểm chứng này, nhà máy sẽ lập hệ thống quản lý năng lượng tích hợp để phối hợp hiệu quả việc vận hành hệ thống xét cả từ mục tiêu kinh tế và môi trường. Hệ thống quản lý này được kỳ vọng sẽ giúp người tiêu thụ kiểm soát toàn diện việc sử dụng nguồn nhiệt và nguồn điện được phân phối từ hệ thống này.

Nhà máy khẳng định đủ năng lực giám sát chặt chẽ tình trạng toàn bộ các hệ thống và thiết bị cũng như vận hành các hệ thống này mà không có trục trặc nào.

Hiện nay, nhà máy đang cung cấp điện cho bốn cơ sở lân cận gồm Bệnh viện – Trung tâm y tế thành phố Kobe, Trung tâm thể thao đảo Kobe, Trung tâm triển lãm quốc tế Kobe và Nhà máy xử lý nước thải đảo Kobe với công suất tổng cộng là 1.100 kW, đồng thời cung cấp 2.800kW nhiệt cho Bệnh viện – Trung tâm y tế thành phố Kobe và Trung tâm thể thao đảo Kobe.

Thành phố đã đặt mục tiêu đến năm 2030, giảm 34% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Để đạt được mục tiêu này, Kobe phải thực hiện nhiều giải pháp từ hạn chế khí thải ra môi trường, tiết kiệm năng lượng, bảo đảm an ninh năng lượng bằng cách tăng các nguồn cung và thúc đẩy các giải pháp bền vững. Thành phố dự kiến xây dựng các chuỗi cung cấp hydrogen, xúc tiến việc sử dụng các hệ thống pin điện nội địa. Chính quyền đang khuyến khích các doanh nghiệp vừa và nhỏ của địa phương tham gia thị trường này.

Hướng tới một môi trường ít khí thải CO2, một xã hội sử dụng hiệu quả tài nguyên và hạn chế tối đa việc xả thải, một môi trường sống an toàn và tiện nghi, sử dụng nhiên liệu hydrogen với mức giảm khí thải CO2 có thể bằng 0 được xem là một giải pháp tối ưu cho mục tiêu này.

Hạ tầng nước – Bài học từ thảm họa Hanshin

Trận động đất Hanshin tháng 1/1995 gây thiệt hại vật chất nặng nề tại Kobe, trong đó hệ thống cung cấp nước của thành phố bị hư hỏng nặng thành phố rơi vào tình cảnh thiếu nước trầm trọng trong nhiều ngày. Việc vận chuyển nước bằng xe bồn chỉ cung cấp được lượng nước hạn chế, giao thông bị hư hỏng nặng do động đất khiến cho ô tô chở nước không di chuyển được vào trung tâm thành phố, đặc biệt những khu đông dân cư… Những trục trặc lộ ra sau thảm họa Hanshin đã khiến thành phố nhận ra nhu cầu phải cải thiện hệ thống cung cấp nước.

Tháng 7/1995, chính quyền thành phố Kobe đã xúc tiến kế hoạch cơ bản của thành phố về  xây dựng “hệ thống cung cấp nước công suất lớn chống động đất”. Mục tiêu của kế hoạch này là xây dựng một hệ thống ngầm cung cấp nước có khả năng trữ nước và công suất dẫn nước lớn, ít chịu tác động của thảm họa, giảm thiểu rủi ro phát sinh bằng cách không tập trung hạ tầng thiết yếu về một điểm và có thời gian khôi phục nguyên trạng ngắn nhất.

Hệ thống đường ống dẫn nước công suất lớn (Large-Capacity Transmission Pipeline) được khởi công và hoàn thành giai đoạn một, phần dẫn nước từ ranh giới thành phố Ashiya đến đường ống sông Sumiyoshi vào năm tài chính 2002, chính thức đi vào hoạt động từ ngày 30/6/2003. Sau khi công việc sửa chữa điểm giao nhau Motoyama hoàn tất, hoạt động dẫn nước từ hệ thống dẫn công suất lớn đến các đường ống ngầm còn lại bắt đầu được khởi công từ ngày 17/1/2007. Hiện tại, phần ống dẫn từ sông Sumiyoshi đến nhà máy lọc nước Okuhirano vẫn đang trong quá trình xây dựng và chính quyền đang cân nhắc xây dựng phần đường ống đến trạm bơm Myodani ở quận Tarumi.

Hệ thống đường ống ngầm dẫn nước công suất lớn được xây dựng với mục tiêu tạo ra hệ thống cung cấp nước dự phòng trong trường hợp hệ thống hiện nay bị hỏng hoặc trong quá trình sửa chữa. Việc đường ống dẫn nước chạy ngầm nhằm loại trừ khả năng hoạt động phân phối nước bị ảnh hưởng trong trường hợp xảy ra đình trệ giao thông do hậu quả từ các thảm họa. Một điều quan trọng nữa là việc xây dựng bể chứa dung tích lớn trong khuôn khổ hệ thống ngầm, dự trữ lượng nước đủ khả năng cung cấp cho người dân Kobe trong 12 ngày.

Ông Tadahiro Nagasato, phòng Xây dựng của Trung tâm quản lý làm sạch nước, Nhà máy nước thành phố Kobe cho biết căn cứ vào dân số hiện nay của Kobe, nếu một người dùng 3 lít nước một ngày thì hệ thống này trữ được 59.000 tấn nước, đủ cho toàn bộ dân thành phố Kobe dùng trong 12 ngày. Ông nhấn mạnh hệ thống đường dẫn được thiết kế chịu được trận động đất với quy mô tương đương với thảm họa 1995.

Xử lý nước thải - Quy trình an toàn và khép kín

Trước trận động đất 1995, nước thải từ các khu vực gồm Higashinada, Seibe, Chuo, Suzurandai, Tarumi chỉ được xử lý tại nhà máy xử lý nước thải đặt ở từng quận. Trận động đất đã làm hệ thống xử lý nước thải cũ kỹ bị hư hại nặng nề đến mức mà nhà máy xử lý Higashinada không thể hoạt động trong 100 ngày liên tiếp.

Rút kinh nghiệm từ bài học Hanshin, thay vì dẫn nước thải từ mỗi khu vực đến một nhà máy duy nhất, hệ thống dẫn nước thải được cải tiến có thể dẫn nước thải đến nhiều điểm xử lý khác nhau. Các nhà máy xử lý nước thải được kết nối với nhau bằng hệ thống đường ống lớn và như vậy nhiều nhà máy xử lý nước thải có thể hoạt động đồng thời.

Mạng lưới dẫn nước thải chạy ngầm từ Đông sang Tây, nối với các đường ống đã có sẵn, hoạt động như động mạch chính nối các nhà máy xử lý nước thải với nhau. Bằng việc kết nối này, mỗi nhà máy xử lý nước thải tại Kobe luôn có giải pháp dự phòng cho trường hợp đột ngột ngừng hoạt động, đó là nước thải được dẫn đến nhà máy khác.

Thông thường cơ chế hoạt động của hệ thống đường ống dẫn chất thải được thiết kế theo mô hình gãy góc nhẹ, để chất thải đi từ điểm cao xuống điểm thấp. Hệ thống mạng lưới dẫn chất thải mới được cải tiến thiết kế theo mục đích trong tình huống khẩn cấp, nước thải có thể được nâng lên ở điểm nhất định để sau đó chuyển đến một nhà máy xử lý khác.

Lượng nước thải đổ vào các nhà máy sẽ thay đổi tùy theo từng thời điểm trong ngày. Chẳng hạn, lượng nước thải lớn thường xảy ra vào các thời điểm buổi sáng hoặc buổi tối khi nhiều người sử dụng nước, nhưng tương đối thấp vào buổi trưa hoặc tối muộn. Bằng việc vận hành chức năng tich trữ nước thải trong hệ thống đường ống, nó có thể quy định lượng nước thải được dẫn và vì vậy cho phép ổn định được khối lượng nước thải xử lý tại các nhà máy.

Khi cần phải dẫn nước thải đến các nhà máy xử lý nước thải khác, ví dụ như một nhà máy bị ngừng hoạt động hoặc trong quá trình tu sửa, hệ thống này sẽ tạo ra sự khác biệt về mức nước bằng cách đóng các cổng dẫn nước thải vào, sau đó vận hành áp lực và năng lượng tích trữ để đẩy nước thải lên mức cao hơn để dẫn đến một nhà máy xử lý khác.

Hệ thống này được thiết kế với mục tiêu có khả năng chịu được động đất và các thảm họa khác. Việc duy trì được hoạt động trong mọi tình huống sẽ giúp đảm bảo được chất lượng của nguồn nước sinh hoạt vì nước thải vẫn được xử lý trong trường hợp xảy ra thảm họa.

Không chỉ như vậy, Kobe còn chú trọng đến việc lọc sạch nước thải và tận dụng các thành phần chất trong nước thải để tăng hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

Trong số các nhà máy xử lý nước thải tại Kobe, Higashinada là nhà máy lớn, xử lý nước thải cho xấp xỉ  390.000 người dân thành phố Kobe. Tiến trình xử lý khép kín, sử dụng khí gas chiết xuất trong quá trình xử lý là một chức năng quan trọng của nhà máy này. Khí gas được chiết xuất trong quá trình xử lý nước thải, được sử dụng như nguồn nhiên liệu quan trọng cho ô tô bus lưu thông trong thành phố. Sau khi chiết xuất, nhà máy tiến hành lọc biogas và vận chuyển đi khắp thành phố thông qua hệ thống đường ống dẫn, cung cấp biogas cho hàng nghìn hộ gia đình và nhà máy trong thành phố. Ô tô tải chở hàng, xe bus và nhiều phương tiện sử dụng khí gas khác thường đến trạm bán biogas nằm bên cạnh nhà máy để mua biogas với giá 40 yên/m3, mức giá tại các trạm bơm biogas thuộc sở hữu thành phố.

Tại các trạm bán biogas tư nhân, một mét khối được bán với giá 60 yên và 20 yên chênh lệch thuộc về nhà kinh doanh trạm. Không chỉ dừng lại ở đây, hiện nay, nhà máy Higashinada đang nghiên cứu để thu chất phốt pho từ bùn nước thải, để làm phân bón.

Hàng loạt công trình hạ tầng chất lượng cao đã và đang được thành phố triển khai, xây dựng. Không chỉ phục vụ cho cuộc sống thường nhật của người dân thành phố, những công trình này còn được thiết kế để đối phó với thảm họa thiên nhiên và chống biến đổi khí hậu. Đó chính là bài học xương máu của việc thích ứng với thiên nhiên mà chính quyền và người dân thành phố Kobe đã rút ra từ trận động đất Hanshin của hơn 20 năm về trước.