Графен и жажда

Фото: ИТАР-ТАСС

Американская оборонная компания Lockheed Martin получила патент на материал Perforene, изготавливаемый из графена. Он позволяет удешевить процесс преобразования морской воды в пресную. Если изобретение подтвердит свою ценность в промышленном производстве, то на рынке опреснения воды, который сейчас оценивается в 18 млрд долл., грядут серьезные перемены.

Perforene представляет собой мембрану из графена, в которой есть отверстия размером один нанометр и менее. Эти отверстия настолько малы, что способны удержать частицы, несущие электрический заряд, но в то же время достаточно велики для того, чтобы сквозь них проходили молекулы воды. Несмотря на толщину в один атом, Perforene является одновременно прочным и долговечным материалом, что делает его эффективным для опреснения морской воды в больших объемах.

«Так как население планеты продолжает расти, доступ к чистой питьевой воде станет более проблематичным. Мы считаем, что наше простое и доступное решение поменяет развитие ситуации для промышленности», — отметил старший вице-президент и главный технический директор компании Lockheed Martin Рэй Джонсон.

Пресный рынок

Мембранные технологии успешно используются человечеством с 1970-х годов. Новаторским отличием разработки Lockheed Martin можно считать использование графена вместо традиционных синтетических фильтров. Инновация позволит избежать засорения фильтров и экономить электроэнергию: системе требуется меньшее рабочее давление, а значит, нужно меньше энергозатрат (раньше выделение солей делалось преимущественно путем нагревания и выпаривания, что было сопряжено с еще большими энергозатратами).

На сегодняшний день очистка морской воды от солей и превращение ее в полноценную питьевую воду уже стала крупным бизнесом. Согласно оценкам компании Visiongain, объем глобального рынка опреснения соленой воды в 2012 году достиг 18,37 млрд долл. и будет ежегодно расти на 5—6%. В мире функционирует более 16 тыс. заводов по опреснению воды, имеющие совокупную мощность 78,4 млн куб. м в день, утверждают данные IDA/GWI Worldwide Desalting Plant Inventory.

Заводы по опреснению находятся в 150 странах, но большая их часть (60%) сосредоточена на Ближнем Востоке, где почти полностью отсутствуют альтернативные источники получения питьевой воды. Лидером здесь является Саудовская Аравия, которая ежедневно опресняет более 3,5 млн куб. м воды. Высокие темпы ввода в эксплуатацию подобных сооружений в последнее время также демонстрируют Китай и Австралия.

«Сейчас от опресненной воды зависит примерно 1% населения земного шара, однако уже к 2025 году, считают в ООН, серьезную нехватку пресной воды будут испытывать уже 14% населения планеты. Пока люди не научатся экономить питьевую воду, компании, занимающиеся опреснением, будут процветать. Морская вода является единственным возобновляемым источником воды на нашей планете», — говорит один из составителей доклада Global Water Intelligence Кристофер Гассон.

Широкое промышленное применение пока нашли две технологии опреснения воды — мембранная (механическая) и термальная. Крупнейший завод по мембранному опреснению расположен в Мельбурне и имеет пропускную способность в 440 тыс. куб. м воды в день. Правда, вскоре он уступит лидирующую позицию заводам в Алжире и Израиле с мощностью 500 тыс. и 510 тыс. куб. м воды соответственно. Термальный способ опреснения позволяет получить более впечатляющие результаты. Так, завод Shoaiba 3 в Саудовской Аравии позволяет в день производить до 880 тыс. куб. м пресной воды. Однако уже в 2014 году в стране будет введен в эксплуатацию завод Ras Al Khair, способный за день произвести 1,025 млн куб. м воды и наполнить ею 373 бассейна из спорткомплекса «Олимпийский».

Цена спасения

Российские специалисты, однако, настроены не столь оптимистично. «Пока нельзя утверждать, что из Perforene получится коммерческий продукт. Вопрос в стоимости этого материала. Мы знаем, что наноматериалы — это, как правило, очень дорого. Чтобы мембрана, состоящая из листочков графена, в которой есть дырочки размером с нанометр, работала в промышленных условиях, нужно потратить огромные деньги. Разработчики испытали ее в лаборатории, но до промышленного производства — длинная и трудная дорога», — считает вице-президент Нанотехнологического общества России Денис Андреюк.

По мнению эксперта, ключевым вопросом здесь может оказаться производительность. «Если из графена удастся сделать фильтры для обессоливания, даже если эти фильтры будут дороже, но они будут давать высокую производительность, тогда в этом есть смысл. В мире существует проблема пресной воды. Поскольку в России есть Байкал, множество рек, перед нашей страной такой проблемы не стоит. Но она стоит практически перед всеми соседями России», — считает Денис Андреюк.