Ученые оценили возможность получения пресной воды из воздуха. Главные научные новости сегодняшнего дня
По оценкам ООН от недостатка воды страдает более 2 миллиардов человек
Чего на Земле много, так это воды. Вода покрывает 71% земной поверхности. Но только 2–3% процента можно пить: вся остальная вода — слишком соленая. Целые океаны пресной воды буквально висят в воздухе — атмосфера тоже содержит воду, точнее, водяные пары. И при всем этом обилии люди страдают без воды. И с годами проблема только обостряется. В общем, с этим надо что-то делать и давно. Вот что делается.
Международная команда исследователей Google, ЮНИСЕФ/ООН оценила возможности современных технологий для создания установки, адсорбирующей воду из атмосферного воздуха. При достаточно строгих ограничениях: влажность не менее 30%, достаточно теплый воздух (не менее 20 градусов) и много солнечных дней, можно создать эффективное устройство, работающее исключительно на солнечной энергии и способное производить 5 литров питьевой воды в день. В таких условиях живет не менее одного миллиарда человек, страдающих от нехватки воды. 5 литров — это минимум. Этого хватит, чтобы утолить жажду, приготовить еду, ну и немного умыться. Устройство еще не построено, проработана только принципиальная возможность.
Получить еще больше пресной воды из атмосферы, используя только «зеленую» энергию пока трудно. Но ведь есть океан. Сегодня практически все крупные опреснители работают на атомной энергии. Пресную воду на таких установках получают выпариванием: ее много раз кипятят и постепенно убирают соли. Это очень дорого и довольно долго. И ясно, что в каждую прибрежную деревню атомный реактор не поставишь. Но это касается только крупных реакторов. Все более популярными становятся мини и даже микрореакторы модульного типа. На базе ВВС США Эйлсон на Аляске поставили микрореактор мощностью менее 20 МВт. В принципе, нельзя сказать, что это что-то совсем новое — подобные реакторы давно ставят на атомных подводных лодках. Но преимущество новых микрореакторов в том, что их делают под ключ, фактически, как большую «батарейку». Реактор использует замкнутый цикл: рабочим телом является не вода, а разные виды теплоносителей. «Заправлять» реактор топливом надо раз в 10 лет. Если энергии мало, можно поставить в ряд целую батарею микрореакторов. И тогда готов опреснитель заточенный под определенный объем воды. Он и свет еще дает и тепло. Это решение хорошо подходит для тех мест, где низкая влажность и мало солнечных дней.
Но хотелось бы найти другое решение — более эффективное, чем адсорбция водяного пара, и более дешевое, чем микрореактор. Ученые Университета Карнеги Меллон такое решение предложили. И тоже ничего особо нового. Чтобы опреснять воду можно ее не выпаривать, а фильтровать. Правда, мембраны, через которые идет фильтрация должны иметь наноразмерные поры — настолько маленькие, чтобы вода через них просачивалась, а ионы солей — застревали. Ученые предложили использовать графеновую однослойную мембрану. Ее эффективность зависит не только от размера, но и формы поры. Оказалось, что, чем больше периметр поры при заданной площади, тем лучше идет фильтрация. Лучшие поры имеют почти фрактальную границу. Ученые обучили искусственную нейронную сеть отыскивать оптимальную форму поры. ИИ значительно ускоряет разработку графеновых мембран. Если все пойдет хорошо, то такие мембраны можно оптимизировать и для фильтрации бактерий и вирусов. И чистой пресной воды станет больше.
