Опреснение воды: настоящее и будущее

На фотографиях, сделанных из космоса, видно, что на нашей планете больше воды, чем суши. При этом совершенно неожиданно и несколько непостижимо, что менее 3% земной воды – это пресная вода.
По данным Геологической службы США, большая часть этих трех процентов недоступна. Более 68% пресной воды на Земле находится в ледяных шапках и ледниках, а чуть более 30% в грунтовых водах. Всего около 0,3% всей пресной воды находится в поверхностных водах озер, рек и болот. Из всей воды на планете более 99% земной воды непригодно для использования людьми и многими другими живыми существами! Кажется невероятным, что воды, которая поддерживает всю земную и водную жизнь, на самом деле так мало. Вместе с этим ошеломляющим осознанием приходит понимание того, что мы должны использовать этот ресурс очень мудро.

Сколько пресной воды на Земле

Вода состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Вы, вероятно, слышали об атомах – самых крошечных строительных блоках всей материи во Вселенной. На самом деле мы все сделаны из атомов, склеенных вместе (или, как сказали бы ученые, «связанных»).
Атомы, связанные вместе, образуют молекулы. Ученые считают, что вода на Земле могла появиться в результате таяния богатых водой минералов во время формирования планеты и ледяных комет, которые миллиарды лет назад врезались в Землю и расплавились. В то время как создание небольших объемов чистой воды в лаборатории возможно, нецелесообразно «делать» большие объемы воды, смешивая водород и кислород вместе, так как это высвобождает много энергии и может стать причиной мощного взрыва. Так как общий объем воды на Земле остается примерно одинаковым, вода постоянно меняет свое местоположение и состояние. Это означает, что иногда она принимает жидкую форму (например, вода, которую мы пьем), твердую (лед) или газовую (водяной пар).
Ученые называют этот процесс изменения гидрологическим (водным) циклом, который заключается в том, что вода постоянно движется по планете, совершая круговорот между воздухом, землей и океаном.
Мы пьем пресную воду, но большая часть воды на Земле соленая. И подавляющее большинство доступной пресной воды фактически скрыто под землей в виде подземных вод. На самом деле, если вы представите себе, что вся вода на Земле может поместиться в один литровый пакет молока, то все это будет океанская вода, за исключением только двух столовых ложек пресной воды. Из этих столовых ложек пресной воды чуть меньше четверти превратится в лед, а большая часть – в грунтовые воды. Пресная вода в реках, болотах и озерах составляет всего лишь две капли воды в мире.

Можно ли сделать воду пресной?

Изменение климата, вероятно, поменяет многие аспекты жизни на Земле, в том числе сделает доступ к чистой воде проблемой. Повышение температуры, засуха и природные катаклизмы потенциально могут оказать негативное влияние на водные ресурсы в некоторых регионах и засуха – лишь один из возможных вариантов развития событий. Повышение уровня моря также угрожает прибрежным водным ресурсам, которые часто черпают пресную воду из подземных грунтовых вод. В связи с многочисленными угрозами для источников пресной воды все большую озабоченность вызывает поиск новых и более совершенных способов производства питьевой воды.
Океан – самый большой источник воды на планете, но воду из него нельзя пить из-за высокого содержания в ней соли. К счастью, ученые придумали несколько способов, чтобы извлечь соль из воды и сделать ее пригодной для питья. Более того, ведется разработка еще одного. К сожалению, опреснение любым методом является дорогостоящим и в настоящее время непрактичным для каждого сообщества, испытывающего нехватку воды. Но, как пишет National Geographic, ученые работают над усовершенствованием существующих методов, чтобы сделать их более эффективными и менее дорогостоящими.

Что такое дистилляция

Дистиллированная вода является самым старым и наиболее распространенным методом, используемым для очищения воды от соли. Проще говоря, дистилляция включает в себя испарение воды, а затем ее конденсацию обратно в жидкость. Соль не испаряется и остается на дне сосуда. Когда вода испарится, то она может быть собрана в отдельный контейнер.

На самом деле воду дистиллировать можно в домашних условиях, естественно, проведя упрощенную версию процесса. Для этого нужно натянуть лист прозрачного пластика на чашу или отверстие, в котором находится загрязненная вода. Солнце будет светить сквозь пластик, нагревая воду внизу и заставляя ее медленно испаряться, оставляя соль и другие загрязнения внизу. Выпаренная вода будет конденсироваться на нижней стороне пластикового листа, где вы сможете затем собрать ее в отдельный контейнер. Дистилляционные установки выполняют этот основной научный процесс в гораздо крупном масштабе, но для ускорения процесса они работают на электричестве. Кроме того, существуют электрические бытовые дистилляторы, которые можно приобрести за сумму от 100$ до тысячи долларов, в зависимости от размера и эффективности устройства. Однако большинство из них может производить только около 10 литров чистой воды за раз, и в целом процесс дистилляции требует много энергии.

Что такое обратный осмос

Это один из самых распространенных методов, используемых сегодня на опреснительных установках. Этот метод использует насосы высокого давления для вытеснения соленой или загрязненной воды через специальную мембрану, которая отсеивает вредные вещества и пропускает чистую воду. Недавно ученые исследовали новый тип мембраны, которая позволит легче проталкивать воду через нее. Экспериментальный метод использует графен, и исследователи из Массачусетского технологического института сумели создать сверхтонкую графеновую мембрану толщиной всего в один атом, которая, как они говорят, сделает обратный осмос проще, менее энергоемким и дешевым.

Графен – это самый тонкий и прочный материал, известный человеку. Графен используется для создания электронных чипов, сенсоров для газов, мембран для очищения воды.
В то время как обратный осмос рекламируется как более дешевая, энергетически низко затратная альтернатива крупномасштабной дистилляции, однако стоимость строительства одного такого водоочистительного сооружения может достигать миллиарда долларов. Также это является напоминанием о том, что такие установки все еще могут быть непрактичны для сообществ, столкнувшихся с нехваткой питьевой воды. Например, в докладе Тихоокеанского института говорится, что опреснительная установка Kwinana в Перте, Австралия, требует примерно 17 миллионов долларов в год, а обслуживание опреснительной установки Gold Coast в Тугуне, Австралия, требует 30 миллионов долларов в год.