Почему нельзя просто дешёво отфильтровать соль из морской воды и решить проблему нехватки пресной?
Начнём с простого. Дело не в том, что человечество не знает, как убирать соль из воды. Знает. И делает это каждый день. В мире уже сейчас производят десятки миллиардов галлонов опреснённой воды в сутки. То есть технология есть, она не из области фантастики.
Проблема в другом. Каждый раз, когда мы пытаемся отделить соль от воды, мы лезем против одного из базовых законов термодинамики. А физика, как известно, не любит, когда её уговаривают. Она просто выставляет счёт. В киловатт-часах.
Когда говорят «фильтрация морской воды», обычно представляют что-то очень наглядное. Мол, поставим сверхтонкий фильтр – и всё. Вода прошла, соль осталась. Почти как с кофе. Но соль в воде – это не песок и не грязь.
Растворяясь, соль распадается на ионы натрия и хлора. Они настолько малы, что привычные образы тут перестают работать. Для понимания масштаба: если представить молекулу воды размером с теннисный мяч, то песчинка из обычной взвеси была бы размером с Эверест. А ионы соли – примерно того же «теннисного» уровня, что и сама вода.
Из-за этого никакое обычное сито тут не поможет. Размеры слишком близкие. Поэтому и приходится использовать обратный осмос – полупроницаемую мембрану, через которую можно проталкивать воду, но не соль. И вот тут начинаются настоящие расходы.
Осмотическое давление – штука упрямая
В природе вода всегда стремится туда, где её «грязнее», то есть солонее. Так она разбавляет раствор. Это явление называется осмотическим давлением. Чтобы получить пресную воду из морской, нужно заставить процесс пойти в обратную сторону. Не по доброй воле, а под давлением.
Причём под очень серьёзным. Само по себе осмотическое давление морской воды – около 27 бар. А чтобы вода проходила через мембрану с нормальной производительностью, установки работают уже на 60–80 бар.
Для ориентира: пожарный рукав обычно даёт 100–300 psi. А здесь давление в несколько раз выше. И эти насосы работают не час и не два – они молотят круглосуточно. Отсюда и счета за электроэнергию.
Морская вода – это не просто соль
Даже если на минуту забыть про энергетику, океан – это не лабораторный раствор. Это густой коктейль из водорослей, бактерий, планктона, ила, органики и всего, что туда попало.
Если такую воду напрямую загнать в мембрану под высоким давлением, она забьётся почти сразу. Поры зарастают биологической слизью, минеральными отложениями, органическими остатками. Мембрана этого не прощает.
Поэтому опреснение – это не «поставили фильтр и готово», а длинная цепочка предварительной очистки. Сетки, чтобы не тянуть рыбу. Песочные фильтры – против ила. Микрофильтрация – против водорослей. Химия – чтобы убить бактерии и стабилизировать воду. И только после всего этого вода доходит до самих мембран.
А мембраны, к слову, вещь дорогая и капризная. Стоят немало, требуют регулярной химической промывки и живут в среднем несколько лет.
А что остаётся на выходе
И ещё один момент, о котором редко думают. Опреснить всю воду невозможно. Обычно из 100 литров морской воды получают около 50 литров пресной. Остальное превращается в концентрированный рассол.
Это жидкость, которая в два раза солонее океана и содержит остатки реагентов. Просто вылить её обратно – плохая идея. Она оседает на дне и может буквально «задушить» всё живое вокруг. Поэтому рассол приходится аккуратно разводить и сбрасывать через специальные системы. Опять оборудование. Опять деньги.
Итог без иллюзий
Современные опреснительные установки уже работают почти на пределе того, что вообще позволяет физика. Дальше – только чудо или новый закон природы. Но даже при такой эффективности опреснённая вода остаётся дорогой – в разы дороже воды из рек или подземных источников.
Пока дожди падают бесплатно, а реки текут сами по себе, опреснение всегда будет запасным вариантом. Рабочим, но дорогим. Таким, к которому обращаются, когда других источников уже не осталось.
Физику, увы, на скидку не уговоришь.
Кевин Миллер, автор на Quora
******
Г. Аделаар
Какое превосходное объяснение! Да, люди не осознают, сколько энергии требуется, чтобы преодолеть воздействие окружающей среды.
Рехавия Берман
Разве нельзя опреснить воду путем испарения и улавливания пара над образовавшимся соляным слоем?
Дана Карсон
Это возможно. И для этого требуется ещё больше энергии.
Жан Дюпон
А что если кипятить подсоленную воду в одном месте, а конденсировать пар в другом? Не масштабируемо? Получается соль и вода.
Ник
Как это делают почки?
Мин Цзе
Почки способны извлекать воду из мочи, пропуская ее через трубку с полупроницаемой мембраной в качестве стенки. Трубка проходит через ткани с очень высоким содержанием натрия, и это высасывает воду из мочи до того, как она покинет организм.
Джон Фокс
Вода, полученная методом обратного осмоса из морской воды, намного слаще и содержит больше минералов. За эти годы я установил множество таких установок на яхтах класса «Plier» — это установки для производства воды Seafresh. Производство воды в промышленных масштабах, безусловно, обходится дороже. Сегодня такие установки есть на большинстве кораблей и подводных лодок. Это хорошо зарекомендовавшая себя технология.
Лонни Вил
Действительно познавательно! Многие из нас, услышав слова «опреснительная установка», думают: БАЦ! На берегу стоит завод/предприятие, кто-то открывает огромный кран, и из него хлынет вода из источника Poland Springs .
Технологии не являются простыми или бесплатными только потому, что мы можем произносить эти слова.