17.08.2011 07:00

Морская вода станет пресной

Увы, 97 процентов запасов воды на Земле непригодны для питья и орошения. Канадские ученые предложили уникальную методику опреснения морской воды, которая к тому же не требует больших энергетических затрат. Это открытие способно предотвратить грядущую угрозу дефицита пресной воды, и при этом реализация новой программы не повредит окружающей среде.

Фото: Фото: AP

Объективно на Земле нет проблем с водой — 90 процентов поверхности нашей планеты покрыто именно ей. Проблема заключается в том, что 97 процентов этой воды непригодны ни для питья, ни для орошения. А пятая часть населения Земли, между тем, страдает от нехватки водных ресурсов, и число таких страдальцев все растет и растет. На сегодняшний день около 1,2 миллиарда человек живут в местах, где воды, мягко говоря, недостаточно.

В среднем человек выпивает по два литра воды в день. Впрочем, если брать в расчет то количество воды, которое требуется, например, для полива пшеницы, из которой потом печется хлеб, или выращивания коровы, то дневная норма воды будет составлять порядка трех тысяч литров на каждого гражданина.

Обеспеченные господа потребляют воды еще больше, поскольку в их рационе больше мяса — а скот требует куда больше воды, чем зерно. Именно поэтому фермерам сегодня приходится нелегко: население планеты все растет, а с ним — и доходы. По оценкам Международного института управления водными ресурсами (IWMI), к 2030 году потребности сельского хозяйства в воде вырастут еще на две тысячи кубических километров в год — более чем на четверть от сегодняшней нормы. Всего же на долю сельского хозяйства приходится примерно 70 процентов всей воды, потребляемой человечеством. Колин Шартре, генеральный директор IWMI, говорит, что в масштабах планеты страшна как раз нехватка водных ресурсов, а не кризис продовольствия.

Читайте также: Моря от нефти очистит шерсть

Казалось бы, чего проще — бери себе воду из океана и опресняй ее, сколько душе угодно. Однако тут есть одна загвоздка: это довольно дорогостоящий и энергозатратный метод. Выход из положения нашли два канадских инженера, придумавших гениальную технологию использования солнечного тепла. На мысль их натолкнуло простое наблюдение: если что и имеется в избытке в местах с дефицитом пресной воды, так это жаркие дни.

Бен Спэрроу и Джошуа Зоши познакомились в Университете Саймона Фрейзера в Ванкувере. Дипломированные магистры делового администрирования, что называется, сошлись характерами и решили работать вместе. Их совместное детище, опытный завод Saltworks Technologies, открылся в ноябре 2009 года.

До того, как Спэрроу и Зоши придумали свою технологию, существовало всего два способа опреснения. Первый заключался в дистилляции морской воды: сначала жидкость нагревали, затем конденсировали водный пар (что требовало приличного расхода электроэнергии). Второй метод был основан на принципе обратного осмоса. Насосы под высоким давлением перегоняли соленую воду через мембрану, не пропускающую соль, что также требовало значительных энергозатрат. Так, на производство тысячи литров пресной воды уходит 3,7 кВт энергии.

Разработка Спэрроу и Зоши, напротив, требует всего 1 кВт электроэнергии, которую можно получать из солнечного тепла. Других дополнительных источников энергии не требуется. Процесс начинается с того, что морскую воду распыляют в мелкий искусственный пруд с черным дном, где вода начинает поглощать тепло окружающего воздуха. В процессе испарения концентрация соли возрастает с естественного уровня в 3,5 процента до 20 процентов. Эта "концентрированная" вода вместе всасывается насосами под низким давлением и вместе с еще тремя потоками свежей морской воды отправляется в опреснитель. А дальше начинаются чудеса.

Как мы помним, обычная поваренная соль состоит из двух ионов: отрицательно заряженного хлора и положительно заряженного натрия (другие соли, присутствующие в морской воде, также содержат положительный ион металла и отрицательный кислотный остаток). Они двигаются вокруг контура в противоположных направлениях. Каждый из четырех потоков воды, которые идут в опреснитель, связан с двумя "соседями" так называемыми ионными мостиками. Мостиком служит полистирол, обработанный таким образом, что через него может пройти только один вид ионов — либо натрия, либо хлорида.

Ионы из потока с высокой концентрацией соли переходят в соседние, не столь насыщенные солью, потоки. Фокус заключается в том, что во время этих "путешествий" ионов потоки с низкой концентрацией соли получают электрический заряд. Те, куда "пришел" натрий, становятся положительно заряженными, и, соответственно, притягивают к себе ионы хлорида из потока, который подвергается очистке. В свою очередь, богатый хлоридом поток притягивает к себе ионы натрия. В итоге четвертый поток, оставшийся без ионов натрия и хлорида, выходит из опреснителя совершенно чистым — хоть сейчас пей. Эксперименты показали также, что и концентрированные растворы других солей при использовании данного метода также легко превращались в пресную воду.

Эта простая идея позволяет строить очистительные установки каких угодно размеров — от огромных до тех, которые по габаритам будут сравнимы с холодильником. Есть и еще один плюс: поскольку насосы, выкачивающие воду из "пруда", работают под низким давлением, это означает, что трубы можно использовать пластиковые, а не стальные. Таким образом, система изначально защищена от ржавчины, что снижает затраты на ее обслуживание. И если в ближайшее время она докажет свою эффективность при использовании в промышленных масштабах, то о проблеме нехватки пресной воды можно будет забыть.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"