Ученые придумали, как сделать опреснение воды дешевле

Программу, позволяющую оценить стоимость 1 куб. м опресненной воды с учетом множества факторов, разработали ученые СПбПУ в составе международного коллектива. По их словам, предлагаемый способ расчета позволит быстро и точно оценить любую технологию получения питьевой воды с использованием ядерного топлива без вреда для экологии. Результаты исследования представлены в издании Desalination.

Пресная вода необходима во многих сферах человеческой жизни. Кроме питья, приготовления пищи, личной гигиены, различных хозяйственных нужд, вода в больших количествах используется в промышленности. Ее естественные запасы распределены на Земле неравномерно. По данным ВОЗ, более 2 млрд человек на планете не обеспечены постоянным источником питьевой воды удовлетворительного качества.

Запасы воды морей и океанов на Земле огромны, но они не пригодны для водоснабжения, так как средняя концентрация соли в них составляет 35 г/л, содержание солей в питьевой воде не должно превышать 1 г/л. Поэтому ученые по всему миру занимаются совершенствованием технологий опреснения воды, то есть удаления из нее растворенных солей, рассказали специалисты.

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) совместно с коллегами из Миланского технического университета (Politecnico di Milano) представили новый алгоритм, позволяющий выбирать оптимальную стратегию крупнотоннажного опреснения воды для нужд населения и промышленности. Разработка сможет определить оптимальные способы опреснения, протекающие без вреда для окружающей среды, быстро и точно рассчитать стоимость получения 1 куб. м питьевой воды на ядерной опреснительной установке.

Опреснение больших объемов воды на сегодняшний день осуществляется двумя путями. В первом варианте используют дистилляцию: воду выпаривают, пар пропускают через систему охлаждающих трубок, где он конденсируется в жидкое состояние без солей. Во втором варианте используют обратный осмос – фильтрацию воды под определенным давлением через полупроницаемую перегородку, которая задерживает соли.

Для этих процессов необходимо большое количество энергии. По словам ученых, самым распространенным ее источником, который используется в опреснительных установках, является органическое топливо (в основном нефть). Его сжигание в больших количествах ведет к ухудшению экологии, что наблюдается, например, в странах Персидского залива.

Более экологичной альтернативой является использование атомной энергии, однако среди инвесторов существуют сомнения в рентабельности такого предприятия, сообщили в СПбПУ.«

"Если стоимость пресной воды будет приблизительно равна стоимости того, что течет у нас из крана, то можно утверждать, что наша установка будет востребована. А если кубометр воды выйдет нам дороже слитка золота, то такую технологию нет никакого смысла развивать дальше", – поясняет соавтор публикации, старший преподаватель Высшей школы атомной и тепловой энергетики Института энергетики СПбПУ Екатерина Соколова.

Слева направо: Садеги Хашаяр, Соколова Екатерина Андреевна, Газаи Сейед Хади – соавторы разработки, сотрудники СПбПУ

Она объяснила, что ими предложена компьютерная программа, проводящая технико-экономический расчет и выдающая самую главную цифру – стоимость 1 куб. м пресной воды.

По словам исследователей, их разработка не имеет аналогов в мире.

«Существующие программы чаще специализируются на одной технологической схеме конкретного процесса. Например, опреснение воды с использованием ископаемого топлива и дистилляции. Они не могут быть использованы для других технологий и источников энергии», – поясняет соавтор публикации, старший преподаватель Высшей школы атомной и тепловой энергетики Института энергетики СПбПУ Газаи Сейед Хади.

Ученый добавил, что разработанная ими схема учитывает более 200 факторов: различные характеристики воды, окружающей среды, параметры опреснительной установки и самого ядерного реактора.

Если ранее ученым нужно было тратить много времени, чтобы посчитать и сравнить стоимость опреснения, то с помощью предлагаемой разработчиками СПбПУ программы можно провести расчет фактически мгновенно.

«Мы решили все оптимизировать и использовать искусственный интеллект. Туда «вшито» много формул и алгоритмов, с помощью которых можно за 10 секунд получить заветную цифру. На входе программа попросит задать лишь 10 ключевых факторов и их значения», – рассказал соавтор публикации, старший преподаватель Высшей школы атомной и тепловой энергетики Института энергетики СПбПУ Садеги Хашаяр.

Разработчики сообщили, что созданная ими программа может быть использована для расчетов ядерного опреснения с реактором ВВЭР-1000, самым распространенным в своей серии. По их данным, оптимальным является комбинация технологии обратного осмоса и использование ВВЭР-1000.

«По нашим расчетам, для Саудовской Аравии стоимость опреснения составит 0,5159 $/м³, для ОАЭ – 0,4276 $/м³, в Египете – 1,4402 $/м³, в Марокко – 0,5232 $/м³. Эти цифры вполне сопоставимы с ценами на водопроводную воду сейчас. В целом чем больше объем опресняемой воды, тем оно выгоднее вне зависимости от прочих условий», – рассказала Соколова.

В дальнейшем ученые планируют модифицировать свой алгоритм под другие виды реакторов. Также планируется рассмотреть разные типы опреснительных установок для того, чтобы этот алгоритм стал инструментом для проектирования новых опреснительных полигонов.

Разработанный исследователями алгоритм, по их словам, пригоден не только для технико-экономических расчетов процессов опреснения. Ученые СПбПУ оптимизируют программу для проведения аналогичных расчетов эффективности производства водорода с помощью атомного энергоисточника.

СПбПУ – участник государственной программы поддержки университетов «Приоритет-2030».