Меж вод Израилевых — как сделать пресной морскую воду в масштабах страны

Вряд ли можно найти более странное государство на карте мира, чем Израиль: со всех сторон оно окружено или песками, или водой, непригодной для питья; а ресурсы недр крайне скромные (в отличие от арабских соседей, здесь нет нефти и газа; зато есть сектор реки Газа, ставший вот уже полстолетия местом ожесточённых военных столкновений и политической напряжённости). В условиях, которые совершенно не приспособлены для человека, с помощью современных технологий Израиль из государства с постоянной нехваткой водных ресурсов превратился в лидера по добыче пресной воды. Как же это удалось?

Новые технологии опреснения

В 16 километрах к югу от Тель-Авива находится самый большой в мире завод по опреснению воды. В его бетонные резервуары размером с несколько футбольных полей направляется вода из Средиземного моря, забираемая в километре от береговой линии. Как поясняет специалист по биоресурсам Эдо Бар-Зив (Edo Bar-Zeev), в резервуарах находится песок, который фильтрует солёную воду перед тем, как она поступает в огромные металлические ангары. Из них жидкость, преобразованная в питьевую воду, поступает в водопроводы и обеспечивает потребности 1,5 млн жителей страны.

desalination1

Завод «Сорек»

Завод «Сорек», названный именем израильской реки, появился в результате активной национальной кампании по борьбе с нехваткой водных ресурсов. Всего несколько лет назад Израиль остро ощущал дефицит питьевой воды, а засухи, сильнейшие за всё время наблюдения погодных условий региона, заставили власти искать радикальное решение проблемы. На ряду с кампанией по сохранению и повторному использованию тех незначительных естественных запасов питьевой воды, которыми располагала страна, был взят курс на строительство опресняющих заводов.

Бар-Зив специализируется на органическом загрязнении и процессах скопления отмерших микроорганизмов на поверхностях (в данном случае — на стенках резервуара с водой). Он — научный сотрудник специализированного водного ведомства Zuckerberg Institute for Water Research. Как поясняет Бар-Зив, для процедуры опреснения биозагрязнение микроорганизмами является самым слабым местом, из-за которого вся технология неохотно используется. Строительство опресняющих резервуаров принято считать самой крайней мерой, к которой прибегают лишь в исключительных случаях — и власти Израиля решили, что для них настал именно такой момент.

Процесс извлечения соли из морской воды происходит следующих образом: водные массы пропускают через мембраны с микроскопическими порами. Поры удерживают морскую соль, но пропускают более мелкие молекулы воды. Микроорганизмы морской воды быстро забивают поры и фильтрующую мембрану приходится регулярно чистить. Эти процедуры очень дорого стоят, включают в себя использование химических препаратов, а также приводят к задержкам в производстве. Но к процессу конструирования опресняющих резервуаров в Израиле привлекли учёных, которые разработали новый метод очистки фильтров. Он заключается в том, что микроорганизмы перехватываются пористой вулканической породой до того, как попадают в мембраны. Такая чистка исключает применение химических препаратов — и это одна из многих инноваций, которые сделали опреснение воды более эффективным.

На заводе по опреснению воды «Сорек» стоит гул, как в космическом корабле перед запуском. Один из залов наполнен цилиндрами, длина которых составляет 1,2 м, а диаметр — 0,4 м. Внутри каждого находится 50 тыс. мембран, расположенных вокруг центральной трубы в цилиндре. Фильтрующие поры с диаметром менее 0,01 толщины человеческого волоса пропускают через мембрану воду, которая направляется в цилиндр под давлением 70 атмосфер, а отфильтрованная соль возвращается назад в море. Это — ещё один инновационный метод получения пресной воды.

Inside the white vertical cylinders are the 50,000 membranes at the heart of the desalination process. Image Credit: IDE Technologies Ltd

Зал завода с вертикальными цилиндрами

На сегодняшний день Израиль получает путём опреснения 55% воды, необходимой домохозяйствам страны. Одна из самых сухих стран мира превратилась в лидера по количеству добываемых кубометров пресной воды. Государство было вынуждено научиться максимально продуктивно использовать всю доступную воду. Основная часть «учебного процесса» проходила в Институте водных ресурсов — его сотрудники не только модернизировали капельное орошение и системы опреснения, но и учредили новые правила использования воды, применимые на территории всего Израиля.

Изначально научный институт создали для поиска решений оптимизации условий жизни в пустыне Негев, которая занимает коло 60% территории Израиля. Но оказалось, что изобретения вполне применимы во всём ближневосточном регионе «Плодородного полумесяца» (от английского термина «Fertile Crescent», введённого в научный оборот американским археологом Дж. Г. Брэстедом в начале XX века). Созданные ими гибкие системы используются в африканских сёлах, а специальные биоустройства для гидролиза позволяют сократить использование воды в одном доме почти вдвое.

Оснат Гиллор (Osnat Gillor), профессор в Zuckerberg Institute, который изучал повторное использование воды для полива урожая, констатирует:

«— Ближний Восток постепенно высыхает. И единственная страна региона, которая не чувствует дефицита воды сегодня — это Израиль».

Нехватка водных ресурсов годами провоцирует массовые беспорядки в регионе, но исследователи надеются, что их решения помогут примерить враждующих соседей и заставят их объединиться в единой борьбе за выживание. Ведь по мере истощения запасов Земли соперничество за водные источники только усилится. Бар-Зив с коллегами разрабатывают примиряющие меры для государств Ближнего Востока, одна из которых — развитие систем опреснения.

Сухая безысходность

Переломным стал 2008 год, когда из-за рекордной засухи под угрозой оказался главный источник пресной воды Израиля — Галилейское море, или озеро Кинерет. Уровень воды всего на несколько сантиметров превышал «чёрную линию», за которой должна произойти необратимая инфильтрация солями и уничтожение озера. Тогда на государственном уровне были введены чрезвычайные меры по сокращению потребления воды, а многие фермеры потеряли годовой урожай.

Намного хуже обстояли дела в Сирии. Когда нехватка воды стала критической, местные фермеры начали бурить скважины в поисках новых источников — глубиной 100, 200, а затем и 500 м. Скважины оказались сухими, а на фермерских территориях Сирии прошли сильнейшие песчаные бури. В результате более 1 млн бывших фермеров поселились в трущобах на окраинах крупных городов в надежде найти хоть какую-то работу.

Эти стихийные поселения, наполненные отчаявшимися нищими гражданами, и стали той искрой в пороховом погребе, которая привела к гуманитарной катастрофе в современной Сирии — в этом уверены авторы исследования об изменениях климата в регионе «Плодородного полумесяца» и о глобальных последствиях сирийской засухи. Власти не справились с последствиями природных катаклизмов, а сирийцы стали беженцами не только из-за войны, но и в результате опустошения земель сильной засухой. Подобные сценарии, но с менее трагическим исходом, разворачиваются уже и в других ближневосточных странах. Из-за аграрного коллапса вырастают целые поколения жителей, которые не видят никакой перспективы в дальнейшем сохранении своей земли. Нехватка воды остро ощущается в Иране, Ираке, Иордании и стимулирует местные власти к поиску новых решений.

Водные излишества

Сегодня Израиль с такой проблемой не сталкивается. Ещё в 2007 году там были введены требования по установке душевых систем и унитазов с низким уровнем потребления воды, а система повторного сбора перенаправляет на орошение 86% от общего количества использованных кубометров. По этому показателю Израиль лидирует во всём мире, в разы опережая ближайшего конкурента — Испанию (с её 19% вторично используемых водных ресурсов).

В год засухи Израилю не хватало около 1,9 млрд куб. м в год, из которых естественные источники могли обеспечить лишь 1,4 млрд куб. м. Высыхание Галилейского моря вело к потере недостающего 0,5 млрд куб. м и ущербу для фермерских хозяйств. Чтобы не зависеть от природы, власти переключились на стимулирование опреснения и строительство заводов. Сегодня 3 производства — в городах Ашкелон, Хадер и упомянутый выше завод «Сорек» — суммарно дают свыше 600 млн куб. м в год и создают невиданную ранее в регионе ситуацию: необходимость избавляться от избытка воды. Фермерские угодья в Израиле процветают, а Галилейское море удалось сохранить.

Edo Bar-Zeev (right) at the Sorek Desalination Plant with Boris Liberman, chief technology officer at IDE

Эдо Бар-Зив (справа) и Борис Либерман из компании IDE, в зале завода по опреснению воды

Дипломатия на воде

Хорошо усвоив страшный урок засухи 2008-го, страна теперь учится новому для себя промыслу — реализовывать лишнюю воду. До внедрения разработок Zuckerberg Institute опреснение было дорогим и энергоёмким, но учёные коренным образом изменили эту отрасль. Опреснённая вода образца 2016-го стоит в 3 раза дешевле своего аналога в 1990-х. Один только завод «Сорек» производит тысячу литров питьевой воды с себестоимостью всего $0,58. Месячное потребление воды средним израильским домохозяйством стоит около $30, что примерно равно стоимости воды в большинстве городов США, где ситуация с естественными источниками воды в разы лучше. А вот жители Лас-Вегаса и Лос-Анджелеса платят намного больше за потреблённую воду — $47 и $58 в месяц соответственно.

Международная ассоциация по вопросам опреснения воды констатирует, что число людей, которые употребляют очищенную от соли воду быстро увеличивается и достигло уже 300 млн человек. Израильская компания IDE Technologies Ltd, которой принадлежат все 3 ведущих завода по опреснению в стране, недавно закончила объект в Южной Калифорнии. Продолжается строительство по всему миру — ежегодно IDE сдаёт в эксплуатацию 6 заводов с мощностью «Сорек», а это 150 млн куб. м пресной воды с каждого. Можно смело говорить о начале эры опреснения по всему миру.

Бар-Зив и его коллеги видят в таком положении дел возможность для развития «водной дипломатии». Решение проблемы с недостатком воды, из-за которой во все времена возникали войны, может уладить многие международные конфликты. Согласно договорённостям, Израиль обеспечивает водой Западный берег реки Иордан, но палестинцы всё равно ощущают дефицит водных ресурсов. Водное обеспечение неизменно является предметом обсуждения в запутанных и противоречивых мирных переговорах. Однако сейчас, с появлением дешёвой опреснённой воды, специалисты надеются на деполитизацию этого вопроса. Сотрудники Zuckerberg Institute планируют проведение в 2018 году конференции «Water Knows No Boundaries», которая объединит специалистов из Египта, Израиля, Иордании, Турции и проблемных регионов Западного берега реки Иордан и Сектора реки Газа.

Ещё один амбициозный план — строительство завода по опреснению воды на Красном море. Совместный проект на границе Израиля и Иордании обойдётся в $900 млн. По замыслу инженеров, завод будет сбрасывать отфильтрованную соль назад в Красное море, тем самым пополняя его. Известно, что ежегодно этот водоём усыхает на один метр, в силу того, что оба государства с 1960-х годов слишком активно используют реку, которая его питает. Если проект будет реализован по намеченному плану, уже к 2020 году два извечно враждующих соседа начнут пить опреснённую воду буквально «из одного кувшина».

Появление технологии, которая способна в течение 40 минут сделать солёную воду моря пригодной для питья и доступна большинству государств, способна изменить жизнь народов планеты. В истории человечества были примеры, когда из-за агрессивной эксплуатации пересыхали источники, и жители покидали регион, а местность превращалась в руины. Расцвет технологий сегодня позволяет создавать питьевую воду и оживлять сухие, заброшенные земли. Эдо Бар-Зив и его коллеги уверены, что такой пример станет новым правилом хорошего тона для современного человечества.

Источник: Scientific American | Фото: IDE Technologies Ltd.

Читайте также:

Слишком много: переизбыток товаров онлайн

Большие надежды низкотехнологического смартфона

Маркетинг вашей книги: пошаговая инструкция

Нам нужна новая наука прогресса