НАУЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
Группа конструирования искусственных орудий природы

ОТЧЁТ о научно-исследовательской работе

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ
МЕТОДОМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Контактный адрес:

А/я 86, г. Темиртау-12, Карагандинской обл.,
Казахстан, 101403, Представительство НДЭР
Тел.: (7213) 98-32-61; Моб.: 8-777-135-29-93
E-mail: orient2001@inbox.ru

г. Темиртау, 2000 г.

1. Формулировка проблемы.

Общий объём гидросферы Земли – 1386 млн. км3. 2,53% от этого количества (35 млн. км3) составляют природные запасы пресной воды /1, с.32/. На каждого жителя нашей планеты её приходится по 5,8 млн. т, однако на сегодняшний день более 2 миллиардов человек испытывают серьёзные трудности с нормальным обеспечением питьевой водой, а 500 миллионов человек, в том числе 5 миллионов детей, ежегодно заболевают из-за несоответствия её качества элементарным санитарным нормам /2, с.169/.

Нет сомнений в том, что сложившуюся критическую ситуацию пока еще можно как-то поправить, вложив достаточные средства в организацию и развитие традиционных систем рационального водоснабжения, водопотребления и водоочистки, а также в освоение ещё неиспользуемых естественных запасов пресной воды. Но очевидно, что уже сейчас пора серьёзно подумать о том недалёком дне, когда единственно доступным источником удовлетворения непрерывно растущих потребностей землян в питьевой воде будет лишь Мировой Океан.

 Опреснением морской воды люди занимаются несколько столетий. За это время разработаны десятки промышленных технологий опреснения, основанных на физико-химических процессах парообразования, замораживания, диализа, ионного обмена, обратного осмоса, гидратообразования и экстракции /3-5/. Важнейшей из них является дистилляция воды под воздействием тепла. В разных странах мира действуют более 800 крупных дистилляционных опреснительных установок, мощностью 7 млн. м3 в сутки /2, с.150.210/.

Отмечая все эти несомненные успехи, следует признать, что прогресс в деле развития технологий опреснения воды (как и всех прочих технологий существующего затратного способа производства) идёт по принципиально порочному пути, ведущему в технологический и экологический тупик. Дело в том, что в современной технике производительный потенциал природных экосистем усиленно эксплуатируется человеком, но совершенно им не развивается. А так как скорость развёртывания социальных процессов на несколько порядков выше скорости развёртывания природных процессов, мы сейчас просто только проедаем те запасы, которые были накоплены за миллиарды лет эволюции нашей планеты до появления на ней людей.

Например, процесс парообразования воды, используемый в интересующей нас технологии дистилляционного опреснения, по всем базовым физико-химическим показателям совершенно идентичен /!/ тому процессу парообразования воды, который протекает в системе естественного круговорота воды в природе. И там, и тут для перевода воды из жидкого в газообразное состояние  необходимо затратить 9,7 ккал/моль (при 100о) /6, с.138/. В результате, по своим энергетическим параметрам дистилляционные опреснители (даже в наиболее экономичном гелиоварианте) не только не способны конкурировать с аналогичными творениями природы, а наоборот – значительно им уступают. Кроме того, - они исчерпывают природные запасы топлива, способствуя тем самым углублению энергетического кризиса и катастрофическому тепловому загрязнению окружающей среды. По указанным причинам в нынешней форме организации производства пресной воды, как и при её прямом потреблении из естественных источников, сохраняется экологически гибельная направленность вектора преобразующего воздействия на природу:


которая необратимо истощает как ограниченные ресурсы Земли, так и силы самих людей. А если учесть, что нынешняя производящая форма хозяйства многократно «эффективнее» разрушает окружающую среду, чем исторически предшествовавшие ей потребляющие формы жизнедеятельности человека, то становится понятна материально-технологическая причина парадоксального явления катастрофического разрушения производительных связей человека и природы по мере прогрессивного увеличения производительных возможностей цивилизации.

Известно, что решение экологических проблем на этом уровне производительной связи разума и природной материи может быть обеспечено обратным изменением направленности вектора воздействия преобразующих природу технологических процессов – от природы к человеку /7/:   


Этот переворот связан с превращением промышленных технологий из орудий человека в искусственные «орудия» природы, которые начинают повышать производительные возможности теперь уже не людей, а естественных производящих систем. Природа, технологически оснащённая человеком, способна сама выделять нам все необходимые формы вещества и энергии, в нужных объёмах и необходимого качества. Реально это достижимо лишь при том обязательном условии, если искусственные орудия природы будут действовать на базе иных, более производительных и экономичных физических, химических, биологических процессов, нежели те, что лежат в основе работы естественных «орудий», созданных эволюцией самой природы. Речь идёт о технологическом изменении формы функциональных связей материального мира, именуемых в науке законами природы. Причём принципиальная осуществимость подобных изменений обусловливается как историческим (преходящим) характером самих этих закономерностей, так и наличием диалектической связи между историей развития природы и историей развития людей, которая наиболее ярко проявляется в деле научного познания и преобразования мира. Если люди научились многократно повышать производительность природных процессов в рамках выделенных, изолированных технических систем, то что нам мешает это делать в открытых  производящих природных экосистемах?!…

Понятно,  что переход от машинной (технической) формы производства к 2ноосферной» гуманоиндустрии природы будет представлять собой длительный период технологического развития, проходящий через целый ряд промежуточных стадий. Но для начала этого жизнеспасающего движения важно сразу задать необходимую направленность процессу.

Применительно к рассматриваемой в данной работе проблеме повышения производительности процесса дистилляционного опреснения воды эта общая цель может быть сформулирована в виде следующей конкретной научно-технологической задачи: нам необходимо при нормальных условиях, резко, на несколько порядков, понизить энергетический барьер фазового перехода воды из жидкого в парообразное состояние:


ниже естественного значения её теплоты испарения – 9,7 ккал/моль (при 100оС).

Это позволит использовать для дистилляции воды не оскудевающие концентрированные источники энергии, а рассеянное тепло окружающей среды. Тогда мы, во-первых, органично вписываем данную технологию в систему естественного энергооборота природы; во-вторых, можем производительно использовать те техногенные отходы тепловой энергии, которые сейчас только нарушают энергетический баланс нашей планеты.

2. Естественнонаучные возможности решения задачи.

Из-за высоких энергетических затрат стоимость получения пресной воды на лучших дистилляционных установках составляет 2,3 $/м3 /5, с.5/. Повышенная энергоёмкость процесса опреснения связана с тем, что вода обладает рядом аномальных физико-химических свойств: высокими значениями температуры кипения – плюс 100оС, удельной теплоёмкости – 1 кал/г.град. (при 15оС) и скрытой теплоты парообразования – 586 кал/г (при 20оС) /8, с.355-356), которые, в свою очередь, обусловливаются строением её молекулы.

Из восьми электронов, составляющих внешний слой атома кислорода в молекуле воды:


две электронные пары образуют ковалентные связи О – Н , а остальные четыре электрона представляют собой две неподелённых электронные пары.

По этой причине принято считать, что в молекуле воды имеется четыре полюса электрических зарядов:


- два положительных и два отрицательных. Атом кислорода в ней находится в состоянии SP3-гибридизации и валентный угол Н–О–Н, равный 104,27о, близок к тетраэдрическому (109,5о). Соответственно, электроны, образующие связи О–Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода, в результате чего атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды. Неподелённые электронные пары, находящиеся на гибридных SP3-орбиталях, смещены относительно ядра атома кислорода и создают два отрицательных полюса /9, с.211/. Подобное распределение зарядов придаёт молекуле воды угловое строение. Составляющие её ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине – ядро атома кислорода. Длина каждой связи О-Н близка к 1 Ао; расстояние между ядрами атомов водорода равно 1,5 Ао /9, с.210/:


Таким образом, вода является типичным диполем, с дипольным моментом Ре = 1,84D (6,13 х 10 –30 Кл . м). Это обстоятельство связывают со способностью молекул воды ассоциироваться в более сложные агрегаты за счёт образования дополнительных водородных связей типа /10, с.626-627/