Вы когда-нибудь задумывались, почему нельзя просто создать воду?

Как производится вода?

Молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных ковалентными связями с одним и тем же атомом кислорода. Общие электроны в ковалентных связях притягиваются к атомам кислорода, потому что они электроотрицательны. В результате электроны молекулы воды проводят чуть больше времени вблизи центра атома кислорода и чуть меньше времени вблизи центра атома водорода. Из-за этого ковалентные связи полярны, а атомы водорода заряжены слегка положительно, тогда как атомы кислорода имеют крошечный отрицательный заряд.

Вызывает беспокойство – вода

В промышленно развитых странах проблема воды становится все более и более серьезной. Однако для других, менее развитых стран, в этой проблеме нет ничего нового. На протяжении тысячелетий многие люди пытались найти безопасную питьевую воду, особенно в развивающихся странах. Вода может быть доступна в некоторых местах, но она часто загрязнена и может быть смертельно опасной. Надежного водоснабжения просто нет нигде.

По данным Всемирной организации здравоохранения, более 2 миллиардов человек проживают в странах, испытывающих нехватку воды, и ожидается, что в некоторых районах эта цифра возрастет из-за роста населения и изменения климата.

Поскольку вся вода состоит из водорода и кислорода, нам остается задаться вопросом: учитывая, насколько миру нужна чистая вода, почему мы не можем просто производить ее? Мы постоянно окружаем себя водой, но не замечаем этого.

В зависимости от погоды количество водяного пара в нашей атмосфере меняется. Количество испаряемой воды в воздухе, которым мы дышим, может достигать 6%, когда жарко и влажно. В холодные и засушливые дни он может составлять всего 7% воздуха. Круговорот воды, земной процесс, включает этот воздух. Проще говоря, вода испаряется из озер, рек и океана. Он поднимается в атмосферу, где может конденсироваться в облака. Дождь начнется, когда облака сформируются до точки насыщения. Дождь падает на землю, собирается, а затем стекает в водоемы, начиная цикл заново.

Самая странная жидкость на земле — это Вода

H20 настолько типичен и хорошо известен, что считается обычным явлением, но чем больше мы его изучаем, тем более странным он становится, поскольку его молекулярные характеристики скрывают особенности, которые делают его поведение неправдоподобным и удивительным.

Химическая формула воды может быть единственным веществом на Земле, которому это удалось. Даже если мы не до конца понимаем, что означает H2O, все знают о его существовании. Хотя это может показаться простым, на самом деле все обстоит иначе. Любой, кто потратил достаточно времени на изучение интернет-маркетинга, сбит с толку и сбит с толку этой распространенной, но скучной субстанцией.

Все правила нарушает вода. Химики предоставили нам прочную основу для понимания того, что такое жидкости и на что они способны, начиная с 1800-х годов. Идеи отдельных людей практически бесполезны для объяснения своеобразного поведения воды. Его особенность объясняет, что происходит, когда лед падает прямо в жидкость. Представьте, что перед вами твердое тело, плавающее в жидкости. На расплавленном воске твердый воск не плавает. Камни не плавают на лаве, если она извергается из вулкана, а твердое масло не плавает на растопленном масле на раскаленной сковороде. Поскольку вода при замерзании расширяется, лед плавает.

Если вы когда-нибудь замораживали бутылку шипучки на ночь, вы знаете, что это расширение создает мощное давление, достаточно сильное, чтобы разбить стекло.

Почему добыча воды — самая сложная задача?

Два атома водорода, связанные с атомом кислорода, образуют воду. Почему бы нам не объединить их и не решить мировые проблемы с водой, потому что это звучит как элементарная химия? Теоретически это возможно, но этот процесс также был бы чрезвычайно рискованным. Атомы кислорода и водорода необходимы для производства воды. Вы все равно остались с отдельными атомами водорода и кислорода после их смешивания. Нам нужен быстрый всплеск энергии, чтобы заставить эти робкие штуки соединиться, чтобы соединились орбиты электронов каждого атома.

Для создания этой силы не потребуется много времени, потому что кислород способствует горению, а водород легко воспламеняется. По сути, нам нужна только искра — даже не пламя — чтобы создать воду. Орбиты электронов в атомах водорода и кислорода слились. Но есть также взрыв, потенциально смертельный, если наш эксперимент будет достаточно масштабным.

Теперь мы знаем, что если у нас есть достаточное количество водорода и кислорода и достаточное давление, чтобы связать их, мы можем производить воду. К сожалению, сила, необходимая для преодоления давления, приводит к взрыву.

Ярким примером катастрофической силы чистого водорода является катастрофа Гинденбурга 1937 года. Гинденбург был заполненным водородом дирижаблем, и его взрыв не только унес жизни 36 человек, но и произвел примерно 160 метрических тонн воды. Кроме того, любая вода, полученная в результате такого взрыва, не обязательно будет пригодна для питья, потому что она будет загрязнена топливом, химикатами и другим мусором, выброшенным во время взрыва.

Тест «водородный взрыв» — частый способ продемонстрировать эту концепцию на научных лекциях. Зажженную спичку помещают на открытый конец небольшой перевернутой пробирки с водородом. Раздается слышимый «хлопающий» звук, и внутри трубки образуется водяной пар.

Что мы можем с этим сделать?

Собирать воду, а не создавать ее

Несмотря на то, что существует множество препятствий, стоящих на пути нашей способности создавать воду, определенные достижения все еще предпринимаются, чтобы помочь уменьшить нехватку пресной воды в мире.

Создание воды из воздуха

Мы постоянно окружаем себя водой, но не замечаем этого. В зависимости от погоды количество водяного пара в нашей атмосфере меняется. Процент испаряемой воды в воздухе, которым мы дышим, может достигать 6%, когда жарко и влажно. Он может составлять всего 0,07% состава воздуха в холодные и сухие дни.

Круговорот воды, земной процесс, включает в себя этот воздух. Проще говоря, вода испаряется из озер, рек и океана. Он поднимается в атмосферу, где может конденсироваться в облака. Дождь начнется, когда облака сформируются до точки насыщения. Дождь падает на землю, собирается, а затем стекает в водоемы, начиная цикл заново.

Круговорот воды имеет засушливые периоды, что является проблемой. В результате некоторые изобретатели начали сомневаться, стоит ли им ждать. Почему бы просто не удалить переносимый по воздуху водяной пар напрямую?

Да, некоторые люди сделали это. Вот некоторые из самых последних методов получения воды из ничего.

Акваэр

Экстрактор питьевой воды был создан 82-летним испанским инженером Энрике Вейгой, который использует электричество для охлаждения воздуха до тех пор, пока он не сконденсируется в воду. Конденсат возникает в результате того же действия в системах воздушного охлаждения.

Хотя он не первый, кто применяет эту технологию, его бизнес Акваер первым работает в условиях, когда влажность составляет от 10 до 15 процентов, а температура превышает 104 градуса по Фаренгейту (40 градусов по Цельсию). . Другими словами, его устройство может производить воду в засушливой среде, где люди больше всего нуждаются в воде.

Ветряная мельница Уиссона

У Макса Уиссона, австралийского новатора, другая стратегия. Ветряная мельница Уиссона, которую он окрестил Максом Уотер, использует хладагент для охлаждения своих лопастей. Поскольку они расположены вертикально, а не по диагонали, эти лопасти могут вращаться при малейшем дуновении ветерка. Воздух охлаждается лопастями, в результате чего водяной пар конденсируется и снова превращается в жидкую воду. После этого этот конденсат собирается и сохраняется. До 2600 галлонов (9842 литра) воды ежедневно может извлекаться из атмосферы ветряная мельница Уиссона.

Генератор атмосферной воды Tsunami Products

Tsunami Products — компания из Вашингтона с офисом в Калифорнии. Он удаляет водяной пар из воздуха, осушает его и фильтрует, чтобы сделать его пригодным для питья.

Tsunami Products утверждает, что инструмент работает за счет всасывания воздуха: «Водяной пар достаточно охлаждается, чтобы достичь точки росы с помощью ряда конденсаторных змеевиков. В результате образуются капли водяного пара». Преобразованная вода затем собирается в накопительный резервуар, который готовится к сливу после фильтрации для удаления любых примесей, таких как бактерии и пыльца.

Машины для сбора тумана

Чем выше относительная влажность, тем больше воды в воздухе. Машины для сбора тумана, которые собирают туман, существуют уже много лет, и логика подсказывает, что они лучше всего работают в условиях тумана, таких как прибрежные и холмистые районы.

Эти недорогие системы сбора имеют крошечную сетку, похожую на оконную сетку, и напоминают волейбольные сетки. Когда ветер проходит через экраны, захватывается вода. К сожалению, капли воды могут попасть в экраны и заблокировать проход ветра, что сделает невозможным сбор воды устройством.

Как мы можем безопасно производить воду?

Сначала нам нужно будет производить чрезвычайно чистый водород и кислород, если мы попытаемся произвести достаточно воды, чтобы уменьшить глобальную нехватку воды. В противном случае полученная вода будет загрязнена и непригодна для потребления человеком.

Эти технологии доступны и сейчас, но они достаточно дороги и неэффективны. Мы не можем производить большое количество элементов требуемой чистоты.

И даже тогда, хотя мы способны добывать воду, нам еще предстоит выяснить, как сделать это безопасно и в масштабе, необходимом для уменьшения глобальной нехватки воды. Мы еще не знаем, как производить воду без взрывов или как правильно вызывать и сдерживать огромные взрывы, которые нам понадобятся. Поэтому мы не можем правильно создать воду на данный момент, пока специалисты продолжают исследовать этот вопрос.

Заключение

Чтобы удовлетворить потребности населения мира как сейчас, так и в будущем, люди работают над решением проблемы нехватки воды по всему миру.

Ученые, несомненно, работают над решением проблемы прямо сейчас, и, возможно, однажды мы разработаем технологии, которые позволят безопасно и легко создавать воду из водорода и кислорода.

Лучший способ для нас защитить этот ресурс для будущих поколений по-прежнему заключается в сохранении и сохранении в промежуточный период.

Кто мы?

AquaML — это платформа искусственного интеллекта и машинного обучения для устойчивых водных решений. Это сквозная платформа, которая позволяет предприятиям водоснабжения, муниципалитетам и производственным предприятиям прогнозировать, реализовывать и эксплуатировать водные решения с повышенной эффективностью. Будь то снижение энергопотребления, сокращение выбросов парниковых газов, таких как азот и CO2, профилактическое обслуживание, оптимизация дозирования химикатов и многое другое, наши предварительно обученные модели помогут вам получить ценную информацию.

  • Если вам это интересно, вы можете ознакомиться с нашей кампанией Dare to Challenge Us и, пожалуйста, посетите наш веб-сайт aquaml.io для получения дополнительной информации.
  • Если у вас есть какие-либо отзывы, мысли или вопросы — напишите нам @ [email protected]

Аплодируйте и делитесь этим, если вы нашли его интересным и познавательным, и подписывайтесь на нас, чтобы получать больше таких статей.