Использование вод мирового океана

Если химические элементы, растворенные в водах Мирового океана, представляют собой большую ценность для человечества, то не менее ценен и сам растворитель — собственно вода, которую академик А. Е. Ферсман образно называл самым важным минералом нашей Земли, не имеющим заменителей. Обеспечение пресной водой сельского хозяйства, промышленности, бытовых нужд населения не менее важная задача, чем снабжение производства топливом, сырьем, энергией. Ведь общее потребление воды в мире в 100 раз превышает использование всех видов сырья, взятых вместе. А поскольку из 4,5 млрд. жителей нашей планеты почти треть ощущает острый недостаток в пресной воде, проблема «водного голода» становится одной из актуальных мировых проблем современности, и решить ее пытаются по нескольким взаимосвязанным направлениям.

Во-первых, рационализировать водопользование, с тем чтобы потери воды свести до минимума, и осуществить переброску части вод из районов с избыточным увлажнением в районы, где ощущается дефицит влаги.

Во-вторых, кардинальными и эффективными мерами предотвратить загрязнение рек, озер, водохранилищ и других водоемов и создать крупные резервы пресной воды. Добиться этого можно, если прекратить сброс промышленных и бытовых стоков в реки, озера и т.д. Очистные сооружения на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях полностью не снимают этой проблемы, так как даже после самой хорошей очистки в воде остается 10-20% загрязнений, в том числе растворившиеся в ней соли.

В-третьих, освоить и в дальнейшем расширить использование новых источников пресной воды. К ним относятся доступные для использования подземные воды, опреснение океанских и морских вод, получение пресной воды из айсбергов.

Опреснение соленой воды

Один из наиболее эффективных и перспективных путей обеспечения пресной водой — опреснение соленых вод Мирового океана, тем более что большие площади засушливых и малообводненных территорий примыкают к его берегам или находятся поблизости от них. Таким образом, океанские и морские воды служат сырьевыми ресурсами для промышленного использования. Их огромные запасы практически неисчерпаемы, но они на современном уровне развития техники не везде могут рентабельно эксплуатироваться из-за высокого содержания в них растворенных веществ.

В настоящее время известно примерно 30 способов опреснения морской воды. В частности, пресная вода получается при испарении или дистилляции, вымораживании, использовании ионных процессов, экстракции и т.п.

Опреснение океанских и морских вод в рамках мирового хозяйства тесно связано не только с техническими, но и с экономическими и географическими факторами. Для экономической эффективности установок важно правильно избрать способ опреснения. К примеру, опреснение с помощью ионообменных смол целесообразно для вод с малой соленостью.

При более высоком содержании солей применяется дистилляция. С увеличением мощности опреснителя повышается его рентабельность, которая, правда, лимитируется расходами на строительство трубопроводов, передающих воду потребителям. При возрастании производительности установки от 60 тонн до 4 тыс. тонн воды в сутки стоимость единицы продукции уменьшается в 4 раза, если длина трубопровода не превышает 150-200 км.

Экономичность установки зависит от того, как используется опресненная вода. Наиболее эффективны опреснители, дающие питьевую воду, снабжающие опресненной водой предприятия и обеспечивающие орошение ценных культур (цитрусовых, хлопчатника и др.), так как продукция этих отраслей сельского хозяйства оправдывает расходы на создание установок.

Все способы превращения соленой воды в пресную требуют больших затрат энергии. Например, при опреснении путем дистилляции расходуется 13-14 кВт-ч на 1 тонну продукции. В общем на долю электроэнергии приходится примерно половина всех издержек на опреснение, их другая половина идет на ремонт и амортизацию оборудования. Таким образом, стоимость опресненной воды зависит в основном от стоимости электроэнергии.

Однако там, где для жизнеобеспечения людей не хватает пресной воды и есть условия для строительства опреснителей, стоимостной фактор отступает на второй план. В некоторых районах опреснение, несмотря на его высокую стоимость, экономически выгоднее, чем привоз воды издалека. В настоящее время усовершенствование конструкций опреснителей и увеличение их мощности позволили снизить стоимость производимой ими воды до 1 долл. за 1 тонну. На крупных установках в Кувейте и на Канарских островах она снизилась до 10 центов за 1 тонн.

Весьма перспективно для опреснения воды использование атомной энергии. В этом случае атомная электростанция (АЭС) «спаривается» обычно с дистилляционным опреснителем, который она питает энергией. Обычный реактор мощностью  1-1,5 млн. кВт обеспечивает потребности АЭС мощностью 200-300 кВт и работу опреснительной установки, вырабатывающей 75-100 тыс. м3/ч чистой воды. Однако такое сочетание маловыгодно при небольшой мощности опреснителя.

Более эффективны реакторы на быстрых нейтронах, которые выполняют троякую функцию. Во-первых, они воспроизводят ядерное горючее, так как использование в них урана-235 приводит к образованию плутония-239; во-вторых, обеспечивают работу АЭС большой мощности; в-третьих, дают энергию для мощных опреснителей производительностью в несколько миллионов кубометров воды в сутки. Это означает, что опреснение становится более конкурентоспособным по сравнению с другими источниками получения пресной воды и может быть значительно увеличено ее производство. Правда, у воды как товара нет общенационального и мирового рынков сбыта, и вопрос о ее стоимости решается в региональном аспекте, что сказывается на размещении опреснительных установок и строительстве новых.

По данным на 1970 год, в мире функционировало 800 крупных опреснителей общей производительностью 1,25 млн. м3/сут. В последнее десятилетие опреснение соленых вод развивалось интенсивно, в результате чего каждые 2-3 года суммарная производительность установок удваивалась. Ожидается дальнейшее увеличение темпов их прироста, поэтому к концу текущего столетия опреснение станет весьма существенной составляющей водообеспечения человечества.

Опреснение океанских и морских вод можно назвать глобальной проблемой. Ею занимаются органы ООН, Международное агентство по атомной энергии, национальные организации более чем 15 стран мира. Регулярно проводятся международные конференции и совещания по различным аспектам опреснения соленых вод. Усилия ученых и инженеров направлены на разработку эффективных мер по комплексному использованию вод Мирового океана, при котором извлечение из них полезных компонентов сочетается с производством чистой воды. Такой путь позволяет наиболее эффективно осваивать водные богатства океана.

Колоссальные ресурсы чистой пресной воды (около 2 тыс. км3) заключены в айсбергах, 93% которых дает материковое оледенение Антарктиды. Водный запас ледяных гор, ежегодно откалывающихся от ледников и плавающих в океане, примерно равен количеству воды, содержащемуся в руслах всех рек мира и в 4-5 раз превышающему то, что смогут дать все опреснители в конце нашего столетия. Стоимость пресной воды, содержащейся в айсбергах, образующихся только за год, оценивается в триллионы долларов исходя из современных цен на опресненную воду.

Однако при использовании водных ресурсов айсбергов большие сложности возникают на стадиях разработки и осуществления способов доставки их к засушливым районам побережья. Известно немало инженерно-экономических расчетов и проектов транспортировки айсбергов к местам потребления воды, указывающих на реальность столь необычной морской операции. Так, для буксировки айсберга в 10 млрд. тонн со скоростью 2 км/ч необходима тяговая сила, равная 225 тыс. л. с. Такое усилие могут создать несколько морских буксиров или ледоколов.

Согласно одному из зарубежных проектов, разработанному для доставки к берегам Саудовской Аравии айсберга объемом около 180 млн. м3 (длина — 1 км, ширина — 600 м, высота — 300 м) со средней скоростью 1852 м/ч, потребуется 5-6 буксиров мощностью 15 тыс. л. с. каждый, используемых ныне для буксировки морских буровых платформ. На время транспортировки айсберг должен быть защищен от жары пластиковым материалом, что позволит потерять за время пути не более его объема.

Проекты транспортировки айсбергов к берегам Калифорнии и Австралии рекомендуют маршруты движения в первом случае по холодному Перуанскому течению, а во втором — вначале по холодному Антарктическому круговому течению, затем по такому же Западно-Австралийскому течению. Путь к Южной Африке прокладывается по Антарктическому круговому течению и далее по Бенгальскому течению. По существующим оценкам, стоимость воды, полученной из антарктических айсбергов, равна примерно полдоллара, а при массовой их доставке к засушливым районам она может понизиться в 5 раз, что сделает этот способ получения пресной воды нерентабельным.