Для многих людей выпить воды в самые жаркие дни не так просто, как наполнить стакан из-под крана. Вместо этого они проходят мили до ближайшего колодца. Или они платят большую часть своего дохода - больше, чем платит средний человек в развитой стране - за то, чтобы грузовик с дистрибьютором находился в воде, которая может быть даже грязной. По состоянию на 2005 год примерно каждый шестой человек не имел доступа к чистой воде. Но никто не может жить без воды, поэтому часто люди, не имеющие доступа к чистой воде, в конечном итоге пьют воду с примесью химикатов или населенную болезнетворными организмами, которые могут убить детей и сократить жизнь взрослых.
Имея это в виду, легко понять, почему Всемирная организация здравоохранения включила доступ к безопасной питьевой воде в свой список целей в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия, или целей, которые необходимо выполнить к 2015 году. Но можно ли это сделать? Каждый карман людей, страдающих от нехватки воды, нуждается в доступном методе, который соответствует местным условиям и образу жизни. Таблетки хлора и глиняные горшки, фильтры для кипячения и тканевые фильтры, бочки для загара и бочки для дождя, а также соломинки с фильтрами, которые можно носить на ожерелье, были опробованы, но у некоторых людей до сих пор нет подходящего метода.
У одного известного инженера есть продукт, который нужно добавить в смесь. Подсказка: он ездит на сегвее. Дин Кеймен, который изобрел Segway и несколько новаторских медицинских устройств, вложил десятилетие работы в очиститель воды, который он называет «Рогаткой». Название является отсылкой к истории о Давиде и Голиафе - к Камену, болезни, передающиеся через воду, - это Голиаф проблемы, а технология - это рогатка. Читайте дальше, чтобы узнать, как работает очиститель.
Очищение рогаткой
Снаружи очиститель воды выглядит как черный ящик. Он размером с холодильник в общежитии. Внутри есть система очистки воды, которая на самом деле довольно старая и распространенная. Фармацевтические компании используют тот же метод для очистки воды для использования в лекарствах. ВМС США использовали этот метод для опреснения питьевой воды.
Версии для фармацевтических компаний и подводных лодок непрактичны для развивающихся стран. Они слишком большие, чтобы их можно было передвигать, и им нужны дежурные техники. Рогатка проще и портативнее.
Все эти очистители работают посредствомперегонки с компрессией пара Камен однажды пробежался по частичному списку того, что может очистить этот процесс: океан; вода с примесью мышьяка, яда, тяжелых металлов, вирусов и бактерий; жидкость на полигоне химических отходов; или содержимое туалета. Примечательно, что все, что требуется, - это кипятить и повторно сжижать воду при точных температурах. Посмотрим, как это работает.
Черный ящик Камен сначала подключается к источнику электричества. Затем вы подключаете его к источнику воды, опуская шланг в воду. Грязная вода всасывается в систему, где нагревается до точки кипения (212 градусов по Фаренгейту или 100 градусов по Цельсию). Затем она поступает в испаритель, где еще немного нагревается и закипает. Уже сейчас некоторые загрязнения теряются. Все, что кипит при температуре выше 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию) - камни, грязь, соль - остается в испарителе и вытекает наружу. Бактерии, вирусы, яйца и споры подвергаются двойному воздействию: они не поднимаются вместе с паром в испарителе и пастеризуются теплом в очистителе.
Пар поднимается из испарителя в компрессор. Компрессор немного сжимает пар, поднимая его температуру чуть выше 212 градусов по Фаренгейту. Пар поступает во внешнюю камеру, стенки которой имеют температуру около 212 градусов по Фаренгейту, создавая еще один этап фильтрации. Любое загрязняющее вещество, которое кипит при температуре ниже 212 градусов по Фаренгейту, например бензол, остается газом и выбрасывается наружу. На стенах конденсируется только чистая вода.
Чистая вода капает в последнюю камеру, готовая к выплескиванию. Но есть проблема: вода еще горячая. Поскольку горячая вода в жаркий день была бы ужасной, машина охлаждает ее хитрым способом. Он пропускает входящие и выходящие потоки воды мимо друг друга, поэтому грязная вода нагревается до 212 градусов по Фаренгейту, а выходящая вода охлаждается до температуры наружного воздуха. Этот трюк с рециркуляцией тепла называетсяпротивоточный теплообменник
Рогатка является мощным очистителем, но есть одна загвоздка. Читайте дальше, чтобы узнать, что это такое.
Генератор Стирлинга
Рогатка не очищает воду от загрязняющих веществ - от виновников холеры до брюшного тифа - бесплатно. Ему нужно электричество. Электричества, правда, не так уж и много - около 1 киловатта, что вполне достаточно для кофеварки.
Но электричество может быть трудно найти в местах, где нужна чистая вода. В городах с электросетью очиститель можно подключить к розетке. Если нет электросети, очиститель можно подключить к дизельному генератору, который многие автономные больницы используют для питания оборудования. Но в отдаленной пустыне или кустарнике, где дизель нецелесообразен, Камен может предложить свой двигатель Стирлинга.
Двигателям Стирлинга для работы нужен только источник тепла и холода. Тепло и холод расширяют и сжимают газ, заставляя поршни качаться. Вы можете увидеть, как они работают, в статье Как работают двигатели Стирлинга. Конструкции, требующие тепла, как у Камена, могут сжигать практически все, от керосина до метана из разлагающегося коровьего навоза. В качестве источника холода они могут использовать воздух. Так что материалы для запуска этих двигателей Стирлинга можно найти практически где угодно.
Стирлинг Камена - это больше, чем двигатель, это еще и генератор. (Двигатели преобразуют топливо в движение, а генераторы преобразуют движение в электричество.) Дополнительная часть позволяет двигателю Камена Стирлинга производить электричество. Когда поршни двигателя качаются, они вращают магнитный ротор. Ротор вращается внутри металлической катушки, которая создает ток.
При работе от генератора Стирлинга Рогатка подключается к нему с помощью шнура питания. Одна версия Kamen's Stirling производит 1 киловатт - этого достаточно для работы водоочистителя.
Но два устройства могут сочетаться друг с другом еще более гармонично. Генератор вырабатывает много дополнительного тепла при сжигании топлива - до 85 процентов его не используется. Но когда генератор и очиститель соединены трубкой, в очиститель может дуть горячий воздух. Там он может работать, нагревая поступающую воду и окружая очиститель как кожух, задерживая тепло внутри. С помощью генератора очиститель может работать еще эффективнее.
Двигатели Стирлинга сложно производить, потому что некоторые из концепций сложны для реализации, и их сложно производить серийно по доступной цене. Но некоторые компании продают двигатели Стирлинга, и DEKA (корпорация по исследованиям и разработкам, основанная Каменом) надеется, что ее конструкция сделает это еще проще.
Теперь, когда мы знаем, что такое рогатка и как ее можно привести в действие, давайте посмотрим, почему она может быть привлекательной для деревни, нуждающейся в чистой воде.
Стоимость рогатки
Допустим, вы живете в деревне с населением 100 человек. Рядом есть ручей. К сожалению, в него пустуют флигеля ваши и ваших соседей. Всякий раз, когда вам нужна питьевая вода, вы должны пройти шесть миль (10 километров) до колодца и принести домой небольшой запас воды в кувшинах, или вы пьете воду из ручья и рискуете. Как Slingshot может помочь вам и вашему сообществу?
За один день, пропуская речную воду через Рогатку, вы сможете получить 264,2 галлона (1000 литров) чистой воды. Поскольку каждый сельский житель использует около 5,3 галлона (20 литров) воды в день для питья, приготовления пищи и купания, что типично для развивающейся деревни, одной рогатки может хватить воды для удовлетворения потребностей половины деревни. Звучит здорово, но могла ли деревня себе это позволить?
Предполагая, что у сообщества есть электричество для запуска Slingshot, для его покупки потребуется от 1000 до 2000 долларов. Каждый сельский житель может внести от 10 до 20 долларов, но во многих местах это больше, чем недельная зарплата. Более реалистично, некоторые члены сообщества могли бы получить кредит, купить рогатку, а затем продавать чистую воду остальной части деревни по доступной цене (возможно, три цента за галлон или один цент за литр), пока машина не будет оплачена.
Хорошо, вы знаете, сколько это будет стоить в финансовом отношении, но что еще нужно учитывать? Каковы плюсы и минусы использования рогатки?
Удобство системы Slingshot заключается в том, что деревне не нужен эксперт для запуска очистителя. Инструкции очень просты - вы опускаете шланг в грязную воду и нажимаете кнопку. Эта простота делает систему безопасной в эксплуатации и практически не допускает человеческих ошибок или несчастных случаев. Еще один плюс в том, что вода не должна иметь химического привкуса благодаря процессу дистилляции.
Несмотря на то, что для работы системы требуется простое нажатие кнопки, вам все равно потребуется подать воду в очиститель. Как правило, это означает либо перенос грязной воды в очиститель, либо установку очистителя рядом с источником грязной воды. Очиститель слишком тяжел для переноски одним человеком, поэтому для его перемещения потребуется немного мужской (или женской) силы. И, наконец, движущиеся части машины могут со временем сломаться и потребовать обслуживания или замены, что будет стоить денег.
Читайте дальше, чтобы узнать, что ждет Slingshot на горизонте.
Планы рогатки
Компания Камена провела испытания рогатки в Гондурасе. С одной стороны, результаты были отличными. Следующий шаг - производство. DEKA Research and Development ищет финансиста и производителя, который поможет ему в производстве рогаток. Согласно одному отчету, Камен обратился к нескольким крупным компаниям и частным фондам за финансированием, но безуспешно.
Компания переосмысливает, как продавать Slingshots, в одном сценарии, сначала продавая его промышленным предприятиям для коммерческой дистилляции, чтобы запустить его в производство. Камен также упомянул винные погреба в Мексике, представив себе регионы, в которых можно подключить очиститель к настенной розетке, но нужен недорогой способ производства и распределения чистой воды. Однако основная цель остается - доставить рогатку всем, кому нужна безопасная питьевая вода.
Размышляя об этой цели, я вспоминаю выставку, которая недавно проходила в Национальном музее дизайна. Выставка под названием «Дизайн для остальных 90 процентов» посвящена теме дизайна для бедных слоев населения. Мартин Фишер, инженер-механик, более 17 лет работавший над проектами развития в Кении, написал эссе, в котором описал свои принципы проектирования для бедных. Вот первые несколько. Встречает ли их Рогатка?
- Главная потребность бедных людей - зарабатывать деньги. Устройство должно помочь кому-то заработать на местном рынке.
- Бедным людям не хватает времени и труда, поэтому, если они не смогут заработать на сэкономленном времени и труде, они не купят устройство.
- Устройство должно окупаться за "фермерское время" - от трех до шести месяцев.
- Успешные устройства удовлетворяют истинные потребности людей, а не то, что «мы» думаем, что им нужно.
Фишер добавляет, что если устройство не принесет кому-то немедленную прибыль, но сэкономит деньги, оно не должно продаваться дороже, чем стоимость курицы на местном рынке. Курица, как и этот прибор, - доступная, редкая роскошь для бедных семей. Но если устройство будет стоить дороже, его купит только средний класс, а у этой группы уже есть деньги на свои основные нужды.
Хотя принципы Фишера разумны для многих продуктов, разработанных для более бедных слоев населения, LifeStraw, безусловно, соответствует некоторым из этих критериев, но они не кажутся применимыми к Slingshot в том смысле, что это система, которая будет обеспечивать большую часть населения, а не физическое лицо. И хотя легко согласиться с утверждением Фишера о том, что беднякам нужно зарабатывать деньги, следует принять во внимание одну оговорку; это действительно их "высшая" потребность? Вероятно, многие возразят, что доступ к чистой питьевой воде требует больших затрат.