Вода становится все более важной проблемой в развитых странах. Но в этом вопросе нет ничего нового для других, менее развитых стран. На протяжении веков чистая питьевая вода была труднодоступной для многих групп населения, особенно в бедных странах. В некоторых районах вода может быть доступна, но она часто заражена болезнями, и ее употребление может привести к летальному исходу. В других районах нормальное водоснабжение просто отсутствует.
По данным Всемирной организации здравоохранения, более 2 миллиардов человек живут в странах, испытывающих нехватку воды, и ожидается, что в некоторых регионах это число увеличится из-за изменения климата и роста населения. Это заставляет нас задаться вопросом: если мир так сильно нуждается в чистой воде, почему мы не можем просто сделать ее?
Вода состоит из двух атомов водорода, присоединенных к атому кислорода. Это кажется довольно простой химией, так почему бы нам просто не разбить их вместе и не решить проблемы с водой в мире? Теоретически это возможно, но это был бы также крайне опасный процесс.
Для создания воды должны присутствовать атомы кислорода и водорода. Смешивание их вместе не помогает; у вас все еще остаются только отдельные атомы водорода и кислорода. Орбиты электронов каждого атома должны стать связанными, а для этого у нас должен быть внезапный выброс энергии, чтобы заставить эти робкие штуки соединиться.
Поскольку водород легко воспламеняется, а кислород поддерживает горение, для создания такой силы не потребуется много времени. Практически все, что нам нужно, это искра, даже не пламя, и бум! У нас есть вода. Орбиты электронов атомов водорода и кислорода соединились.
Но у нас также есть взрыв и - если наш эксперимент был достаточно большим - смертельный. Злополучный дирижабль «Гинденбург» был наполнен водородом, чтобы держаться на плаву. Когда 6 мая 1937 года он приблизился к Нью-Джерси, чтобы приземлиться после трансатлантического путешествия, статическое электричество (или акт саботажа, по мнению некоторых) вызвало искру водорода. При смешивании с кислородом воздуха водород взорвался, окутав «Гинденбург» огненным шаром, который полностью уничтожил корабль за полминуты.
Однако в результате этого взрыва образовалось много воды.
Чтобы создать достаточное количество питьевой воды для поддержания жизни населения Земли, потребуется очень опасный и невероятно крупномасштабный процесс. Тем не менее, более века назад мысль о двигателе внутреннего сгорания с его управляемыми повторяющимися взрывами казалась опасно безумной. Но по мере того, как воды становится меньше, процесс соединения атомов водорода с атомами кислорода может стать более привлекательным, чем сейчас. Необходимость, в конце концов, мать изобретательности.
Но есть более безопасные способы создания воды из воздуха, и проекты, которые уже ведутся, уже ведутся.
Создание воды из воздуха
Вода вокруг нас все время, просто мы ее не видим. Воздух в нашей атмосфере содержит различное количество водяного пара, в зависимости от погоды. Когда жарко и влажно, испаряемая вода может составлять до 6 процентов воздуха, которым мы дышим. В холодные и сухие дни он может составлять всего 0,07 процента от состава воздуха.
Этот воздух является частью круговорота воды, земного процесса. Грубо говоря, вода испаряется из рек, озер и океана. Он уносится в атмосферу, где может собираться в облака (которые на самом деле представляют собой просто скопления водяного пара). После того, как облака достигают точки насыщения, образуются капли воды, которые мы называем дождем. Этот дождь стекает с земли и собирается в водоемах, где весь процесс начинается снова.
Проблема в том, что круговорот воды проходит через засушливые периоды. Из-за этого некоторые изобретатели начали задаваться вопросом, а зачем ждать? Почему бы не вытянуть водяной пар прямо из воздуха?
Ну, некоторые так и сделали. Вот некоторые из новейших технологий создания воды из воздуха.
Акваэр
Энрике Вейга, 82-летний испанский инженер, изобрел экстрактор питьевой воды, который использует электричество для охлаждения воздуха до тех пор, пока он не сконденсируется в воду. Тот же эффект вызывает образование конденсата в кондиционерах.
Он не первый, кто использует эту технологию, но его компания Aquaer первой работает при температуре выше 104 градусов по Фаренгейту (40 градусов по Цельсию) и влажности от 10 до 15 процентов. Другими словами, его машина может производить воду в пустыне, а это именно то место, где люди больше всего нуждаются в воде.
После усовершенствования машины компания Aquaer получила заказ на поставку питьевой воды в районы Намибии и в лагерь беженцев в Ливане. Вейга основал некоммерческую организацию под названием Water Inception, чтобы распространять свои машины для производства воды в большем количестве лагерей беженцев и других засушливых частях мира.
Ветряная мельница Уиссона
Австралийский изобретатель Макс Уиссон использует другой подход. Его ветряная мельница Whisson использует энергию ветра для сбора воды из атмосферы. В 2018 году он сказал Австралийской радиовещательной корпорации, что количество водяного пара составляет около «10 000 миллиардов литров [около 2 600 миллиардов галлонов] в нижнем километре [около 0,62 мили] воздуха во всем мире». И вся эта вода обновляется каждые несколько часов в рамках круговорота воды.
Ветряная мельница Уиссона использует хладагент для охлаждения лопастей своей мельницы, которую он назвал Макс Уотер. Эти лопасти расположены вертикально, а не по диагонали, так что даже малейший ветерок их крутит. Лопасти охлаждают воздух, заставляя водяной пар конденсироваться и снова превращаться в жидкую воду. Затем этот конденсат собирается и хранится. Ветряная мельница Уиссона может собирать из воздуха до 2 600 галлонов (9 842 литров) воды в день.
Уиссон сказал, что его самая большая проблема заключается не в разработке его изобретения, а в поиске венчурного капитала для его поддержки.
Генератор атмосферной воды Tsunami Products
Tsunami Products, компания из Вашингтона, работающая в Калифорнии, разработала устройство для создания воды, которое работает аналогично кондиционеру. Он осушает воздух, извлекает водяной пар, а затем фильтрует его, чтобы он был готов к употреблению.
Согласно Tsunami Products, устройство работает, втягивая воздух «через ряд конденсаторных змеевиков, где водяной пар охлаждается в достаточной степени, чтобы достичь точки росы. Это превращает водяной пар в капли». Преобразованная вода затем фильтруется для любых загрязняющих веществ, таких как патогены и пыльца, и собирается в резервуар для хранения, готовый к розливу.
Машины для сбора тумана
Чем выше относительная влажность, тем больше воды можно уловить в воздухе. Учитывая, что туман возникает, когда относительная влажность составляет почти 100 процентов, можно подумать, что исследователи попытаются извлечь воду из тумана. И вы были бы правы.
Машины для сбора тумана существуют уже много лет и, как подсказывает логика, лучше всего работают в туманном климате, например, в прибрежных и горных районах. Эти относительно недорогие системы сбора напоминают волейбольные сетки с мелкой сеткой, похожей на оконную сетку. Экраны захватывают воду, когда дует ветер. К сожалению, капли воды могут забивать экраны, препятствуя прохождению ветра, что не позволяет устройству собирать воду.
Чтобы улучшить этот дизайн, Джонатан Борейко, который возглавляет Лабораторию жидкостей и интерфейсов, вдохновленных природой, в Технологическом институте Вирджинии, взял пример у Матери-природы. Он изучал, как гигантские секвойи собирают воду из тумана на свои иглы, идущие параллельно земле. Когда вода собирается на иголках, она скатывается вниз и капает на землю, по существу увлажняя корни дерева.
Основываясь на этом понимании, лаборатория Борейко разработала небольшие лабораторные «арфы» для сбора тумана с горизонтальными проводами для сбора, чтобы имитировать гигантские иглы секвойи. Этот метод привел к сбору воды из тумана в три раза больше, чем в системах аналогичного размера с использованием вертикальных проводов.
Пригодный для питья воздух
В настоящее время несколько компаний продают машины для получения воды из воздуха, например, компания Drinkable Air из Флориды. Компания использует «технологию генератора атмосферной воды», чтобы пропускать воздух через электростатический антимикробный фильтр, предназначенный для удаления частиц в воздухе. Блок конденсации получает чистый влажный воздушный поток и конденсирует водяной пар в жидкость. По мере того, как машина собирает воду, вода «падает в сборный резервуар, где она озонируется, чтобы вода оставалась чистой и свежей», согласно веб-сайту компании. Машина дополнительно охлаждает и фильтрует воду перед добавлением минералов для повышения уровня pH и улучшения вкуса.
Друппс
А еще есть Drupps, дочерняя компания Airwatergreen, занимающаяся контролем влажности. В нем используется совершенно другая технология сбора воды, основанная на использовании жидкого влагопоглотителя для извлечения влаги из воздуха. Затем суспензию нагревают, а воду выпаривают, охлаждают и собирают. Несмотря на экономическую эффективность, есть некоторые недостатки. Как и в случае с конденсаторными системами сбора воды, технология Drupps является энергоемкой и, следовательно, менее экологичной.
Кстати об окружающей среде, зачем утруждать себя сбором воды из воздуха? Почему бы просто не вызвать больше дождя? Это может показаться надуманным, но это действительно делается - порой с катастрофическими последствиями.
Засев облаков и британская катастрофа
Оказывается, люди тоже могут вызывать дождь благодаря технике изменения погоды, известной как засев облаков. Он включает в себя искусственное добавление ядер конденсации (крошечных взвешенных частиц, на которых начинается конденсация водяного пара) в атмосферу, которые обеспечивают основу для образования и падения на Землю снежинок или капель дождя.
Засев облаков можно осуществить, сжигая небольшое количество йодида серебра из наземных генераторов или выпуская химическое вещество в воздух с самолетов. Это было сделано 15 марта 2022 года в Центральной долине Калифорнии муниципальным коммунальным округом Сакраменто (SMUD) для увеличения снежного покрова и речного стока вдоль реки Верхняя Америка с целью увеличения производства гидроэлектроэнергии.
Засев облаков имеет определенные преимущества, такие как увеличение снежного покрова в горах и пополнение запасов естественной воды. Но у него также могут быть и более сомнительные применения, иногда с негативными результатами.
Чтобы предотвратить дождь во время церемонии открытия летних Олимпийских игр 2008 года в Пекине, Китай использовал засев облаков, который работает путем сжигания йодистого серебра в грозовых облаках, в дни, предшествующие событию. Китайское правительство надеялось, что сможет «израсходовать» существующие облака и обеспечить чистое небо для церемонии.
Страна занимается этим десятилетиями - и с положительными результатами. Но другой эксперимент по засеву облаков, на другой стороне евразийского массива суши, прошел не так гладко.
После Второй мировой войны британское правительство все еще искало способы получить преимущество перед вооруженными силами противника. Нацисты были близки к тому, чтобы уничтожить Великобританию, и Великобритания развила вкус к подготовке. Британское правительство искало преимущество в небе. Королевские ВВС (RAF) начали экспериментировать с засевом облаков. Пропитывая облака частицами, необходимыми для создания сильной грозы, британцы могли эффективно мешать передвижению войск и даже буквально обрушивать наступление противника. Но проект по засеиванию облаков пошел наперекосяк.
Дело не в том, что эксперименты с засевом облаков не увенчались успехом. Это сработало слишком хорошо.
В 2001 году Британская радиовещательная корпорация (BBC) расследовала слухи о том, что Королевские ВВС рассеяли облака над Англией. Они нашли рассказы от первого лица о некоторых пилотах, которые участвовали в сверхсекретной миссии под названием «Операция Кумулюс». Во время этой операции в августе 1952 года пилоты британских ВВС пролетели над линией облаков, сбрасывая полезные грузы из сухого льда, соли и, как сейчас используют китайцы, йодистого серебра.
Буквально через 30 минут из зараженных облаков пошел дождь. Сначала пилоты Королевских ВВС, которых пресса окрестила «создателями дождя», по общему мнению, праздновали свой успех. Но через неделю начался потоп. К концу месяца в Северном Девоне, районе Англии, недалеко от места проведения эксперимента по засеванию облаков, выпало в 250 раз больше обычного количества осадков.
15 августа 1952 года, в день, когда начался дождь, около 90 миллионов тонн (82 миллиона метрических тонн) воды прошло через город Линмут всего за один день. Целые деревья были вырваны с корнем, образовав дамбы и позволив приливу двух рек, протекающих через Линмут, стать еще сильнее. Валуны несло течением, разрушая постройки и унося жителей в море. Всего в тот день из-за проливного дождя погибло 35 британцев. Министерство обороны Великобритании утверждает, что оно не экспериментировало с засеиванием облаков до инцидента в Линмуте.
Китай и Великобритания рисуют две версии одной и той же картины. С одной стороны, азиатская нация успешно создала программу засева облаков. Им удалось обеспечить орошение засушливых пахотных земель из основного источника. Но британская катастрофа показывает потенциальные результаты игры с силами природы.
И все же вода нужна нам как никогда. Использование взрывов для производства воды в настоящее время нецелесообразно, а современные методы сбора воды не применяются в достаточно больших масштабах, чтобы удовлетворить растущую потребность в воде. Вода - исчерпаемый ресурс, и без одной жизни на Земле не обойтись.
Часто задаваемые вопросы о приготовлении воды
Можно ли сделать воду?
Теоретически возможно. Вам нужно будет объединить два моля газообразного водорода и один моль газообразного кислорода, чтобы превратить их в воду. Однако вам нужна энергия активации, чтобы соединить их вместе и запустить реакцию.
Как образуется вода в природе?
Исследования показывают, что вода на Земле появилась из астероидов и тяжелых облаков газа и пыли вскоре после образования солнца. Более того, атмосфера Земли наполнена кислородом, который соединяется с дейтерием и водородом, образуя воду.
Есть ли машина, которая может делать воду?
Существует устройство, извлекающее питьевую воду из влажного воздуха, называемое генератором атмосферной воды.