Опреснение: наука и алхимия
«Орошение пустыни опресненной морской водой покажется многим мечтой, но Израилю не к лицу бояться мечтать о том чтобы изменить естественный ход вещей… Все что в этой стране было достигнуто, было достигнуто отсутствием страха менять порядок который дотоле казался незыблемым». Давид Бен Гурион, 1956 год
Убийство президента Кеннеди случилось за две неделе благотворительного банкета в пользу Института Вейцмана, который должен был пройти в Манхэттене. Сам президент должен был выступать, так что банкет отменили. Через два месяца он все-таки состоялся и выступал человек который взял на себя ношу убитого президента – Линдон Джонсон.
Джонсон вырос в засушливом Техасе, в бедной семье и интересовался опреснением воды задолго до того как это стало мейнстримом. В 1960 году, в разгар президентской кампании он опубликовал в воскресном приложении к Нью Йорк Таймс колонку именно о том что опреснение морской воды может стать эффективным инструментом в борьбе с бедностью и за мир во всем мире. Джонсон мог выбрать любую тему для своей колонки, но выбрал эту, хотя казалось бы, нехватка воды не числилась в букете первостепенных проблем у жителей богатого озерами и реками штата Нью Йорк.
Опреснение морской воды – это уникальное сочетание чистой науки, прикладной науки и алхимии. Средневековый алхимик брал свинец, которого везде было навалом и поэтому он был дешев, и пытался превратить его в ценное золото. То же самое опресенение – берется вода непригодная для использования, очищается от лишнего и превращается нечто бесценное, спасающее человеческие жизни.
Во время войны американские химики проводили эксперименты с опреснением морской воды для нужд армии и флота и эти эксперименты были успешными, если брать их в вакууме. Но применять ту же технологию в масштабах требуемых для гражданского населения и гражданской инфраструктуры было неподъемно дорого. Но дорого или нет, Джонсон считал что за опреснением морской воды – будущее цивилизации. Как лидер демократического большинства в Сенате он стоял за тем чтобы на исследования опреснения регулярно отпускались средства. Большая часть средств шла основанному в 1952 Федеральному Бюро Соленой Воды. Сенаторы знали что Джонсон всегда поддержит законопроекты где отпускаются деньги на что-то связанное с водой и особенно на исследования потенциала опреснения.
Когда Линдон Джонсон поднялся на трибуну перед 1700 гостями благотворительного банкета в пользу Института Вейцмана в феврале 1964 года, никто еще не знал что это выступление вызовет массовое подгорание пятых точек в арабском мире и подтолкнет развитие опреснения воды в Израиле. Вот что сказал Джонсон:
Так же как Израилю, нам нужно отыскать способ занедорого превращать соленую воду в пресную, так что давайте работать вместе. Мы начали переговоры с представителями Израиля на тему использования ядерной энергии для опреснения воды. Это вызов нашим научным и техническим возможностям… Но вода значит жизнь. Вода это возможности и процветание для тех кто дотоле не знал значения этих слов. Мы можем искоренить голод, озеленить пустыню и изменить ход истории.
В Дамаске, Бейрут и Каире поднялся страшный вой. Линдон Джонсон, как и его отец, всю жизнь был последователем церкви Учение Христа, но это не помешало арабским журналистам называть его «евреем Джонсоном». В арабском мире понимали – если Израиль научится опреснять воду и решит проблему водоснабжения, в их собственных странах начнут задавать неудобные вопросы.
Через четыре месяца после речи Линдона Джонсона, в июне 1964, в Вашингтон приехал премьер-министр Израиля Леви Эшколь. Это был первый в истории официальный визит израильского премьер-министра в США. Президенту приготовили меморандум из 11 пунктов, о чем беседовать с гостем. Третьим пунктом там значились «совместный усилия по опреснению воды» и это была единственная тема из меморандума которой Джонсон коснулся в своей приветственной речи. На тему воды Эшколь мог говорить часами. Водопроводная компания Мекорот, основанная еще в тридцатые, была во многом его детищем и он же стал ее первым директором.
* * *
Натан Беркман не был уверен что Давид Бен Гурион или Леви Эшколь на самом деле считали что программу опресенения воды можно претворить в жизнь, по крайней мере по цене доступной рядовому потребителю. В 1931 Натана Беркмана еще совсем маленьким родители привезли в Палестину из Германии и он всю жизнь прожил в Израиле не считая двух лет учебы в New York University. В 1960 он вернулся в Израиль и нашел работу в бюро которое еще даже не имело названия, но уже отвечало за программу опреснения.
Десятилетия спустя, когда успех Израиля в этом непростом деле стал всеми признаваемым фактом, Натан Беркман вспоминал самое начало. По его словам никто на сто процентов не верил что такое возможно. «Общее настроение было – а давайте попробуем» — вспоминает Беркман – «Как в казино: рассыпаешь фишки и надеешься что повезет. Когда стране еще было мало лет, мы именно так подходили к цели добыть воды. Одной такой идеей был Всеизраильский водопровод. Другой – засевание дождевых облаков. И еще много разных. Бен Гурион и Эшколь ничем не рисковали. Если оно сработает – у нас будет опресненная вода. Если нет – будут продолжать толкать речи о мечте о том как пустыня расцветет».
Несмотря на такой цинизм Беркмана, из дневников и писем Бен Гуриона ясно что таки надеялся на успех. И немало надежд возлагал конкретно на одного человека – на изобретателя Александра Зархина. Зархин приехал в Палестину из СССР в 1947 году. (В википедии на английском и русском разные версии как ему это удалось. В английской сказано что он служил в советской армии, добрался таким образом до западной Европы и бежал в американскую зону оккупации. В русской сказано что он купил себе и жене документы умерших польских евреев и по этим документам они с женой выехали). Научную деятельность Зархин начал еще в СССР – разрабатывал технологии опреснения для засушливых районов Казахстана. Зархин еще успел побыть узником Сиона – в 1934 был арестован за членство в сионистском кружке и преподавание иврита. По сравнению с последующим времена были еще вегетерианские, Зархин получил пять лет и большую их часть провел в шараге, конструкторском бюро тюремного типа. Приехав в Палестину, он начал ходить по всем инстранциям и предлагать свои идеи. Он даже попал в газеты и журналисты называли его нудником.
Главная идея Зархина состояла в том что что воду можно опреснять путем замораживания, а соль легко смывать с замороженных кристаллов. Потом кристаллы растопить – и вуаля, пресная вода. Этот метод получил название вакуумно-компрессионной дистилляции. Однако протестировать его было невозможно без строительство опытной станции. Бен Гурион подписал разрешение отпустить средства на ее строительство. Однако выяснилось что за опресненную таким образом воду потребители будут вынуждены платить пять тогдашних американских центов за галлон – просто неподъемная цена для кибуцев и мошавов с их огромными расходами на полив. Внедрить метод Зархина не получилось, но попытка дала Израилю первую опреснительную станцию и обученные кадры.
(Дальше про то как после ухода Зархина в 1966 израильское государственное бюро по опреснению возглавил Натан Беркман, сам будучи по образованию не инженером, а управленцем. Всякие технические подробности как израильские инженеры усовершенствовали технологию Multiple Effect Distillation с помощью алюминиевых труб. Беркман убедил правительство сделать из бюро коммерческую компанию, такую чтобы приносила прибыль вкладчикам и государству. Компания стала строить опреснительные станции по всему миру – в Индии, в Китае, в Иране(!), в Калифорнии.)
* * *
Бен Гурион мог мечтать о том как опресненная вода изменит лицо Израиля и всего региона, но вдохновляющие речи он всегда толкал не упоминая о том сколько этом будет стоить. А когда стоимость опресненной воды сравнивали со стоимостью бесплатной или очень дешевой воды с неба, из водоносоных горизонтов или из Кинерета, то хор скептиков заглушал голоса мечтателей. Хотя цена опресненной воды упала в пятнадцать раз с тех пор Александр Зархин предложил свой метод, в начале девяностых эта цена оставалась такой высокой что использование опресененной воды в сельском хозяйстве делало все сельское хозяйство нерентабельным.
Ронен Вольфман занимал высокий пост в бюджетном отделе минфина в девяностые годы и он резко возражал против вложения средств в развитие опреснительной программы. «Для начала – рассказывает Вольфман – каждый опреснительный комбинат требовал вложение средств которое наверняка окажется неоправданным. Технология опреснения развивалась очень быстро, а мы рисковали вложить средства в комбинат который тут же устареет и что потом с ним делать? Во вторых, мы еще не использовали достаточно сточных вод в сельском хозяйстве и поощрять какие-то альтернативы было, на мой взгляд, нежелательно. И еще наши аграрии были разбалованы щедрыми государственными субсидиями на воду и поэтому выбирали что выращивать без оглядки на влаголюбивость той или иной культуры. Правительство хотело подтолкнуть аграрный сектор выращивать менее влаголюбивые культуры и тратить меньше воды.» Именно в этот период были на 70% сокращены в Израиле посевы влаголюбивого хлопка. (Возле Ашкелона кстати до сих пор есть).
Очевидно кто-то в Израиле хорошо молилися, потому что каждые 2-3 года выпадали обильные дожди и это, в свою очередь, тормозило программу опреснения. Каждый раз когда уровень воды в Кинерете до предела поднимался, это использовалось как предлог не давать на опреснение денег из бюджета. Но два профессора из Техниона, Давид Сасон и Рафи Семиат, видели дальше. Рафи Семиат: «Тогда еще никто не говорил об изменении климата, но мы понимали что не вопрос будет ли следующая засуха – вопрос когда она будет. А если она будет продолжаться больше года, что будет с нашим сельским хозяйством?». В начале 1995 Давид Сасон и Рафи Семиат основали Всеизраильское общество опреснения и начали всячески бить тревогу. Им удалось убедить некоторых людей в правительстве, в частности Ариэля Шарона (тогда министра национальной инфраструктуры) и Авраама Шохата (в конце девяностых министра финансов).
(Дальше про то как израильское правительство купило у израильско-французской фирмы строительство опреснительного комбината в Ашкелоне. Концессия на 25 лет, после чего владение комбинатом переходит к государству. В течении 25 лет государство обязалось покупать Х воды по Х цене).
* * *
Морская вода – это смесь Н2О, соли и других минералов. Когда морская вода проходит через обратный осмос, она проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества. Солевой концентрат который остается от этого процесса, возвращается обратно в море. Таким же образом из воды можно извлечь другие минералы. Главным элементом остается та самая мембрана.
Мембрана для обратного осмоса создавалась не для морской, а для солоноватой воды. Что такое солоноватая вода? Это вода с меньшим содержанием соли чем в море, обычно с подземных горизонтов состоящих из определенных пород или же образующаяся там где смешивается пресная и морская вода.
Эту мембрану придумал американский еврей Сидни Лоуб, по специальности инженер-химик. (В некоторых источниках упоминается Сриниваса Сурираджан как его ассистент). В 1965 Лоуб протестировал свое изобретение в калифорнийском городке Коалинга, где содержание минералов в воде было таким высоким что ее невозможно было пить и приходилось возить воду поездом из соседнего округа. Эксперимент прошел на ура и Коалинга получила питьевую воду.
Имей Лоуб хоть каплю деловых способностей, он бы нашел кому продать свое изобретение подороже. Вместо этого он подал заявку на патент и забыл. Его брак трещал по швам. В то время Калифорния разрешала бездетным парам разводиться без длинных разбирательств если супруги жили отдельно больше года. Сидни Лоуб принял приглашение год поработать в Израиле. Это была его первая поездка в Израиль и он остался там навсегда.
В Америке Сидни Лоуб был никем, а в Израиле в нем увидели серьезного ученого. Под песками Негева, в подземных горизонтах, ждали своего часа триллионы галлонов насыщенной минералами воды. Лоеб протестировал свою мембрану в негевском кибуце Йотвата – и снова успешно. В Израиле Сидни Лоеб нашел не только профессиональную реализацию, но и личное счастье – незадолго до Шестидневной войны он женился на репатриантке из Англии по имени Михаль. Опреснение воды при помощи обратного осмоса и мембраны стало индустрией где крутились миллиарды долларов, а получил Сидни Лоеб всего четырнадцать тысяч. Но Михали это не мешало, она любила своего непрактичного ученого таким и никаким другим. По словам редактора профильного журнала Water Desalination Report Тома Панкраца, Сидни Лоуб стал для обратного осмоса тем же чем братья Райт для авиации, Генри Форд для автомобилестроения и Томас Эдисон для электрической лампочки.
Все кто знал Сидни Лоуба вспоминают его как доброго и скромного человека. Прийти на открытие опреснительного комбината в Ашкелоне с им же изобретенной мембраной его еще пришлось уговаривать. Это произошло в 2005, а три года спустя Лоеб умер в почтенном возрасте 91 года. Применение мембраны для опреснения именно морской воды было еще впереди. Сейчас ее использует 60% всех опреснительных установок в мире.
* * *
Опресненная вода требует производственного процесса. Она всегда будет дороже чем вода с неба, рек, озер и даже из подземных горизонтов. Но опреснительная станция в Ашкелоне показала удивительные результаты. Благодаря мембране обратного осмоса, она производила лучшую по качеству воду в Израиле. По стоимости выходило что она стоит вдвое меньше чем те цифры из которых исходила правительственная комиссия когда отдавала подряд частной фирме. Тогда правительство удвоило свой ашкелонский заказ до восьмидесяти миллионов галлонов опресненной воды в день.
Ашеклонская опреснительная станция открытая в 2005 стала первой, а дальше пошло по средиземноморскому побережью – в 2007 открылась станция в Пальмахим, а в 2009 в Хадере. В 2013 открыли мега-комбинат в Сореке – подсчитали что дешевле построить вдали от побережья, такая земля у моря дорогая. Вся эта система, наряду со станциями поменьше которые опресняют солоноватую воду вдали от побережья, дает пятьсот миллионов галлонов опресненной воды в день.
Невозможно переоценить важность опреснения воды для продовольственной безопасности Израиля. Возможность самим делать воду для сельского хозяйства означает что получится прокормить население даже в случае войны, эмбарго или засухи. Кроме того, опресненная вода имеет меньше содержания соли и минералов чем даже пресная из Кинерета. Если поливать урожай такой водой, то почве легче и все растет интенсивнее. И способность делать пресную воду из соленой сделала Израиль тем самым купцом у которого нужный всем на Ближнем Востоке товар. По мирному договору 1994 с Иорданией и соглашениям Осло с Палестинской Автономией Израиль делится водой с соседями.