Глава 8
Вода
Вода за воду
Питер Там не планировал становиться социальным предпринимателем. В 2001 году он консультировал McKinsey & Company по проекту бутилированной воды в Южно-Африканской республике – стране с затяжным водяным кризисом. Каждый день он наблюдал за тем, как женщины и дети нагружают на себя пустые кувшины и отправляются в путь, который часто занимал четыре часа, чтобы набрать достаточно воды для самых необходимых потребностей семьи. Однажды днем, когда Там ехал на машине по пустой грязной дороге во многих милях от ближайшего города, он повстречал одинокую женщину, которая несла на голове кувшин литров на двадцать. Там вспоминает:
Это была жуткая глухомань. Было ясно, что эта женщина идет уже давно – и будет идти еще долго. Хотя я давно знал, что в Южной Африке плохо с водой, именно в тот момент мне стало абсолютно ясно: нужно что-то с этим делать.
Там решил, что самый простой способ что-то изменить – это связать бутилированную воду, которая в это время становилась одним из самых востребованных товаров в мире, с дефицитом воды, который становился одним из самых серьезных мировых кризисов. Он вернулся в Соединенные Штаты, объединился со своим старым другом Джонатаном Гринблаттом и создал Ethos Water – бренд воды класса «суперпремиум», который мог бы направлять часть прибыли на помощь детям, не имеющим доступа к чистой воде, и на привлечение внимания к проблеме. В 2005 году Говард Шульц, генеральный директор Starbucks, решил приобрести Ethos и стал предлагать воду этого бренда в 7000 кофеен по всей Америке. С помощью Starbucks, которая отдавала по 5 центов с каждой проданной бутылки на проекты, связанные с доступом к воде, Ethos с тех пор раздала субсидий на 10 миллионов долларов и обеспечила полмиллиона человек водой и санитарными условиями.
Давайте сразу оговоримся: мировой кризис с чистой водой затрагивает миллиард человек, поэтому 10 миллионов долларов решить проблему не могут. Но появление Ethos оказалось чем-то вроде поворотного момента. Исторически, поскольку для большинства водных проектов требуется создание огромной инфраструктуры, эта ниша была занята мощными институтами вроде Мирового банка. Ethos стала одной из первых компаний, которая доказала, что социальное предпринимательство может тоже играть роль в решении проблем с водой. Компания также помогла привлечь внимание к проблеме, и это создало эффект снежного кома. В течение десяти лет вода стала самой востребованной темой для социального предпринимательства – и, как отмечает изобретатель Дин Кеймен, тут еще есть огромные возможности для роста:
Когда вы говорите с экспертами о том, что хотите разработать новую технологию для обеспечения развивающихся стран чистой питьевой водой, то они вот что вам отвечают: если учесть, что четыре миллиарда человек живут на менее чем два доллара в день, нет никакой жизнеспособной бизнес-модели, никакой экономической модели, никакого способа финансировать расходы. Однако двадцать пять беднейших стран уже тратят 20 % своего ВВП на воду. Эти 20 %, около 30 центов в день, не так уж много, но давайте еще раз посчитаем: когда четыре миллиарда людей тратят тридцать центов в день – это рынок с ежедневным объемом 1,2 миллиарда долларов, это 400 миллиардов долларов в год. И вам не нужно изучать рынок, чтобы узнать, если ли спрос. Это же вода! Спрос всегда есть!
Но удовлетворить этот спрос, как бы это ни было выгодно, будет непросто. Проблема в том, что определенное количество воды необходимо не только для питья и гигиены: вода принимает самое глубокое участие во всей нашей жизни, питает практически все, что мы производим и потребляем. Почему 70 % мировой пресной воды тратится на нужды сельского хозяйства? Потому что для производства одного яйца требуется 450 литров воды. 380 литров уходит на выращивание одного арбуза. Мясо – один из самых жадных до воды продуктов, каждый фунт (450 г) мяса «стоит» 9500 литров воды, или, как однажды наглядно объяснил Newsweek,
для выращивания одного 450-килограммового бычка нужно столько воды, что в ней мог бы плавать эсминец.
И пища – это только начало. На самом деле проблема воды влияет буквально на все ярусы нашей пирамиды изобилия. Например, образование: 443 миллиона школьных дней в год теряется из-за болезней, связанных с грязной водой. 132 литра воды требуется, чтобы сделать один микрочип – а каждый завод Intel производит миллионы чипов в месяц, – в результате чего дефицит воды означает ущерб для информационного изобилия. И есть еще проблема энергетики – ведь каждое звено в цепочке производства энергии делает мир все более сухим. В США, например, энергетика поглощает 20 % не задействованной в сельском хозяйстве воды. Свобода, находящаяся на вершине нашей пирамиды, тоже оказывается под угрозой при дефиците воды. В 2007 году Эдвард Мигель, профессор экономики в Калифорнийском университете в Беркли, обнаружил «серьезные свидетельства того, что большее количество дождей снижает вероятность конфликтов в Африке». На тот момент речь шла о гражданских войнах, которые разворачиваются в пределах государственных границ, но нельзя забывать о том, что около двухсот рек и трехсот озер пересекают эти границы, и не все соседи относятся друг к другу дружелюбно.
И наконец, каждый год в мире от болезней, связанных с водой, умирает 3,5 миллиона человек: факт, который делает прямую связь между гидратацией и здоровьем совершенно очевидной.
Помимо сосредоточенных на человеке требований нашей пирамиды изобилия есть даже более сложные проблемы окружающей среды. Давайте вернемся на мгновение к бутилированной воде. Каждый год мы, люди, выпиваем почти 50 млрд литров воды в бутылках. Значительная ее часть – это так называемая «ископаемая вода»: она в течение десятков тысяч лет накапливалась в водоносных пластах, и ее запас не так-то просто пополнить. Однако ископаемая вода также поддерживает самые хрупкие экосистемы Земли. Потребности нашего сельского хозяйства и промышленности, производство бутилированной воды – и в результате эти системы оказались на пороге катастрофы. Мы не можем рисковать дальнейшей дегидратацией. Если выразиться совсем просто: отсутствие экосистем означает отсутствие экосистемных сервисов, а эту потерю наш биологический вид просто не переживет.
Итак, решение этих проблем потребует использования всех инструментов, какие только есть в нашем распоряжении. Наше сельское хозяйство должно быть полностью преобразовано, равно как и промышленность. Нам понадобятся устройства для эффективного использования водных ресурсов, новые инфраструктурные решения и предельная честность в признании того факта, что население Земли продолжает стремиться в направлении девяти миллиардов. Эта цифра показывает, чтó нам действительно нужно: изменения в порядки раз. Учитывая, что 97,3 % воды нашей планеты – это морская вода, слишком соленая для употребления, а еще 2 % представляют собой полярный лед, вряд ли изменений на порядок величин можно добиться, оперируя лишь оставшимися 0,7 процента. Это не означает, что мы должны отказаться от сохранения ресурсов и повышения эффективности их использования, но, если наша главная цель – изобилие, значит, потребуется совершенно новый подход. Чистая пресная вода должна пройти исторический путь алюминия – от одного из самых дефицитных ресурсов Земли до одного из самых распространенных и доступных. Чтобы это провернуть, потребуются серьезные инновации из тех, что подчиняются закону Мура. И вскоре мы увидим, что DIY-изобретатели, такие как Дин Кеймен, вносят именно такой вклад.
Дин против Голиафа
Дин Кеймен – физик-самоучка, мультимиллионер, предприниматель… и один из величайших DIY-инноваторов нашего времени (440 патентов и Национальная медаль в области технологий). Как и большинство DIY, Кеймен любит решать проблемы. В 1970-е, когда он еще учился в колледже, брат Кеймена (в то время студент медицины, а сейчас известный детский онколог) как-то упомянул о том, что нет никакого надежного способа в течение определенного времени давать младенцу одну и ту же маленькую дозу того или иного лекарства. Поэтому младенцев приходилось надолго оставлять в больницах, а медсестры были связаны жестким рабочим графиком.
Кеймену стало интересно, и он занялся этой проблемой. Одно изобретение вело к другому – и очень скоро он придумал первый портативный инфузионный насос, способный автоматически вводить в точности одинаковые дозы лекарства без необходимости круглосуточного медицинского присмотра. После этого случая миниатюризация медицинских технологий стала чем-то вроде его специализации.
В 1982 году Кеймен основал компанию DEKA Research and Development, которая вскоре разработала портативный аппарат для почечного диализа размером с видеомагнитофон (предыдущий был размером с посудомоечную машину). Затем последовали iBot – моторизированное инвалидное кресло, которое умеет подниматься по лестницам; сегвей – попытка Кеймена заново изобрести городской транспорт; а также бионическая рука LUKE Arm – радикальный прорыв в технологии искусственных конечностей.
В своей изобретательской деятельности Кеймен никогда не упускал из вида проблемы, связанные с диализом. Он объясняет:
Каждый день пациент на диализе пропускает через организм 19 литров стерилизованной воды. Обеспечить такое количество воды нелегко. Обычно это означает, что к дому пациента раз в неделю подъезжает грузовичок доставки – и в результате его гараж забит сотнями канистр стерильной воды. Я не переставая думал о том, что должен же быть более удобный способ.
Сначала Кеймен задумал вторично перерабатывать стерильную воду, но после консультации с биологами понял, что невозможно механическим способом отфильтровать то, что почка забирает естественным образом: «Тут задействованы аммиак, мочевина, все эти средние молекулы. То, что забирает почка, просто невозможно отфильтровать». Но раз нельзя переработать стерильную воду, то, может быть, получится сделать воду из-под крана достаточно чистой для инъекций?
На это рискованное предприятие ушло несколько лет. «Выяснилось, что сделать из обычной питьевой воды стерильную с помощью фильтра невозможно, – объясняет Кеймен. – Мембраны обратного осмоса не работали. Золотым стандартом была бы чистая, дистиллированная деионизированная вода, однако достаточно миниатюрных дистиллеров, которые соответствовали бы этому стандарту, не существовало». И Кеймен решил сконструировать такой дистиллер. К сожалению, проведя необходимые расчеты, он понял, что количество электроэнергии, которое нужно для работы даже маленького устройства, таково, что для этого потребуется сделать новую проводку в большинстве домов.
И тут ему пришла в голову еще более безумная идея – создать дистиллер, способный повторно использовать собственную энергию:
Через пару лет мы наконец-то получили эту маленькую коробочку, которая повторно использовала 98 % энергии и могла производить разумное количество стерилизованной воды. Мы протестировали ее на разных типах водопроводной воды, и она сработала идеально. Она была так хороша, что нам даже не обязательно было использовать воду из-под крана – мы могли бы взять бытовые сточные воды (без туалетного смыва). И тут до меня дошло: если я могу сделать бытовой сток достаточно чистым для инъекций, причем используя при этом 98 % энергии повторно, то чего ради я совершенствую устройство, способное производить лишь 20–40 литров воды в день? Да, такая машина может помочь десяткам тысяч пациентов на диализе, но ведь если я сделаю другую, более производительную машину, она сможет помочь нескольким миллиардам человек! И вместо решения небольшой проблемы [доставки стерильной воды] я могу спасти людей от смерти [из-за болезней, связанных с водой]!
Эта «другая машина» была построена в 2003 году. Поскольку с помощью этой технологии Кеймен хочет побороть настоящего гиганта – проблему заболеваний, связанных с водой, – то он назвал машину «Праща» (Slingshot), в честь оружия, которым Давид победил Голиафа. «Праща» – размером с большой холодильник с проводом для включения в сеть и двумя шлангами – входным и выводным. Как говорит Кеймен,
погрузите шланг в любую влагу – в воду, загрязненную мышьяком, в соленую воду, в выгребную яму, в сливной резервуар завода по переработке химических отходов – в общем, во что угодно мокрое, – и вы получите на выходе стопроцентно, фармакологически чистую воду, пригодную для инъекций.
Текущая версия может очистить 1000 литров воды в день, используя при этом количество энергии, которого хватит для работы обычного фена. Источник этой энергии – усовершенствованная версия двигателя Стирлинга, способного работать практически на любом топливе. За шесть с лишним месяцев полевых испытаний в Бангладеш двигатель работал на коровьем навозе и обеспечивал жителей местной деревни достаточным количеством электричества для освещения и подзарядки мобильных телефонов. А поскольку Кеймен хочет применять это устройство в самых отдаленных деревнях мира, оно рассчитано на то, чтобы работать без технического обслуживания по меньшей мере пять лет.
Гринблатт ворчит:
И лучше бы оно в самом деле так работало, потому что мир завален водными насосами и фильтрами, которые быстро ломаются. Я был в одной деревне в Эфиопии, где смастерили водный насос из велосипедных запчастей – и это работало, потому что, когда насос ломался, люди могли его починить, уж запчасти-то для велосипеда они могли раздобыть. Это что-то вроде цепочки поставок, если хотите.
Гринблатт не одинок в своем мнении. Многие считают, что проблема воды – это проблема денег, которую следует решать на местном уровне, без всякой помощи технологических гениев. Это мнение основано на историческом опыте: в прошлом веке многие государства лишь потеряли время, пока искали высокотехнологичные, идеальные решения проблемы. Миллионы людей умерли за это время, и сейчас в мире полно устройств, которые или быстро ломаются, не выдерживая жестких условий окружающей среды, или их невозможно поддерживать в рабочем состоянии из-за того, что цепочки поставок не дотягиваются до таких отдаленных уголков. Немало таких инноваций – поскольку никто не озаботился провести предварительную дискуссию по этому поводу – просто-напросто не смогли преодолеть культурных барьеров. Роб Крамер, председатель организации Global Water Trust, любит рассказывать апокрифическую историю о проекте расширения водопроводной линии где-то в африканской глуши – новая труба проходила на расстоянии всего нескольких сот метров от деревни, в которой всегда не хватало воды, но какие-то вандалы постоянно ломали трубу:
Выяснилось, что те четыре часа, которые женщины почти каждый день проводили в походах за водой [к далекому источнику] и обратно, были единственным временем, когда они избавлялись от постоянного надзора своих мужей. Они так дорожили этим личным временем, что постоянно выводили трубу из строя.
Все это верно, но нужно учесть и другие обстоятельства. Во-первых, каким бы прекрасным ни было решение с велосипедными запчастями, его нельзя рассматривать как долгосрочное. Насос из велосипедных запчастей – промежуточный вариант, его можно сравнить с ранними телефонными стационарными системами, которые в конце концов привели к появлению беспроводных 3G-сетей. Для долгосрочного решения проблемы нам все еще нужны серьезные технологические прорывы вроде «Пращи».
Во-вторых, мы можем учиться на своих ошибках. Безусловно, мы упустили много времени с решением проблемы воды – и не только в развивающихся странах (инфраструктура США настолько стара, что под городом Филадельфия до сих пор работает сеть деревянных труб), зато сейчас очень высок уровень осознания этой проблемы. И благодаря беспроводной революции мы можем мгновенно делиться друг с другом лучшими решениями. Более того, мы теперь понимаем, что поддержка местных сообществ – самый важный компонент любого решения проблемы воды, и без него все наши усилия окажутся бесплодными. Мы также знаем, что запчасти должны быть легкодоступны, что обслуживающий персонал должен быть материально заинтересован в своих усилиях и что в идеале все оборудование должно собираться и обслуживаться на месте. Но мы теперь понимаем, что все это относится к любым решениям – как высоко-, так и низкотехнологичным. Более того, представление о том, что высокотехнологичные решения не работают в отдаленных сельских регионах, рухнуло с появлением мобильного телефона. Что может быть более технологичным, чем современный мобильный телефон? И тем не менее уже более миллиарда их используется по всей Африке.
Капитализация энергии и инфраструктуры – две главных составляющих большинства технологических решений наших проблем с водой. С созданием изобилия энергии будет решена половина этой проблемы. Как мы будем вырабатывать эту энергию – тема одной из последующих глав, поэтому пока давайте обратимся к капитализации.
Эйприл Ринн, директор организации WaterCredit, говорит, что средний микрофинансовый кредит на водное пространство – от 200 до 800 долларов. В данный момент стоимость производства одной «Пращи» – 100 000 долларов. Но, по словам Кеймена, если поставить производство на поток, цена снизится до 2500 за штуку плюс еще 2500 за двигатель Стирлинга, который обеспечивает устройство энергией. Если система действительно проработает без техобслуживания пять лет, значит, при производстве одной тысячи литров питьевой воды в день себестоимость литра составит 0,002 доллара. Даже если вы добавите к этой себестоимости прибыль и оплату труда, цена пяти литров будет всего четыре цента – сравните ее с 30 центами за тот же объем сегодня.
Однако Кеймен решил, что есть и другой способ решения проблемы. Он начал переговоры с компанией Coca-Cola, чтобы она помогла наладить ему производство и дистрибуцию, а главное – разрешила использовать собственную огромную сеть поставок (самую большую в Африке) для помощи в обслуживании «Пращи». Кеймен объясняет:
Это не конец пути. Я правда думаю, что здесь должна быть включена третья сила, кто-то, кто сделает весь процесс прозрачным и безопасным, расскажет о нем людям. Но я также думаю, что Coca-Cola может стать главной подъемной силой, главным инвестором, главным каналом распространения, развития, поддержки, обучения персонала и техобслуживания. Это комплексное решение. Я думаю, они смогут сделать бóльшую часть из того, что вообще нужно сделать.
И Coca-Cola согласилась попробовать. В мае 2011 года самый большой в мире производитель газированных напитков начал серию полевых испытаний «Пращи». В случае успеха будут спасены многие сельские сообщества по всему миру, однако у этой технологии есть свои ограничения. По словам Кеймена, каждая «Праща» рассчитана на то, чтобы обеспечить водой сто человек. Много машин сразу могли бы дать воду гораздо более крупным сообществам, но они непригодны для использования в масштабе большого города и не могут удовлетворить наши сельскохозяйственные и промышленные нужды. Но прежде чем мы обсудим решения этих проблем, давайте посмотрим, как «Праща» может повлиять на решение другой глобальной проблемы, которая многим мешает поверить в возможность изобилия: происходящий в настоящее время демографический взрыв.
Профилактика
Мальтузианцы часто называют людей, верящих в изобилие, корнукопианцами (cornucopians). Главный отличительный признак корнукопианца – его отношение к проблеме роста мирового населения. Корнукопианцы считают, что темпы технологического роста будут опережать темпы роста населения, и это решит все наши проблемы. Мальтузианцы считают, что мы уже превысили максимальную емкость глобальной среды и, если рост народонаселения бесконтрольно продолжится, ничто из наших изобретений не будет достаточно мощным, чтобы обратить процессы вспять. Но технологии, которые изобретает Кеймен, показывают, что столь необходимый средний путь возможен.
Рост населения прямо связан с рождаемостью. Сегодня в большинстве развитых стран уровень рождаемости находится на уровне или ниже уровня воспроизводства – то есть численность населения или стабильна, или снижается. Проблема – в развивающихся странах, где число рождений гораздо выше числа смертей. Причем сосредоточена эта проблема не в крупных городах – урбанизация как раз снижает уровень рождаемости. Самая плодовитая часть населения планеты – это сельская беднота. Для сельскохозяйственных работ нужно много рабочих рук, поэтому семьи у крестьян обычно большие. При этом родители хотят мальчиков – обычно как минимум трех. Их логика просто разрывает сердце. Три мальчика нужны, потому что один из них, возможно, умрет еще ребенком, второй останется дома, будет работать в поле и поддерживать стареющих родителей, а также скопит достаточно денег на то, чтобы отправить третьего брата в школу, чтобы он со временем смог получить более хорошую работу и прервать этот порочный круг. Таким образом, детская смертность в среде сельской бедноты – один из самых серьезных факторов, подпитывающих рост населения, и грязная вода – часто в самом корне этой проблемы.
Из 1,1 миллиарда людей на планете, которые не имеют доступа к безопасной воде, 85 % живут в сельской местности. Из 2,2 миллионов детей, которые умирают каждый год от того, что пьют зараженную воду, подавляющее большинство – тоже деревенские. Поэтому устройство, способное обеспечить подобные сообщества чистой питьевой водой, улучшив при этом здоровье и уровень выживаемости детей, приведет к снижению рождаемости в том самом месте, где это имеет наибольшее значение. «Праща» – не только система очистки воды, но и чрезвычайно четко сфокусированное устройство планирования семьи: профилактика, замаскированная под питьевой фонтанчик.
Внизу становится больше места
Какой бы привлекательной ни выглядела «Праща», проблема воды не может быть решена с помощью какой-то одной технологии – скорее, потребуется комбинация технологий, разработанных для удовлетворения комбинации потребностей. Одна из этих ключевых нужд – наша способность подготовиться к катастрофам. Даже в развитых странах наши системы помощи зачастую оказываются бессильны перед землетрясениями, цунами и тропическими циклонами. Когда ураган «Катрина» обрушился на Новый Орлеан, потребовалось целых пять дней, чтобы обеспечить водой беженцев, укрывшихся на стадионе Superdome.
Английский инженер по имени Майкл Причард был потрясен последствиями «Катрины», случившейся менее чем через год после разрушительного азиатского цунами. Причард был специалистом в области очистки питьевой воды – именно ее нехватка и была основной проблемой в последствиях обеих трагедий. Дело было не только в том, что выжившие не смогли немедленно получить чистую воду, но и в том, что стандартное решение этой проблемы лишь усугубило другие. Причард рассказывал на конференции TED:
Что мы обычно делаем во время кризиса? Мы доставляем воду. Через несколько недель мы разбиваем лагеря, и люди вынуждены прийти в эти лагеря, чтобы получить безопасную питьевую воду. Что происходит, когда в лагере скапливается двадцать тысяч людей? Распространяются заболевания, требуется больше ресурсов, образуется самозаводящийся порочный круг проблем.
И Причард решил, что надо что-то делать. Несколько лет спустя, в 2009 году, он завершил разработку бутылки Lifesaver («Спасатель»). Ручной насос с одного конца, фильтр – с другого не производят впечатления чего-то супертехнологичного, однако этот фильтр не похож на все остальные. Исследователи в области нанотехнологий работают на микроскопическом уровне, где расстояния меряются в атомах. Нанометр (одна миллиардная метра) – их основная мера. До появления изобретения Причарда лучшие на рынке водные фильтры с ручными насосами отфильтровывали частицы крупнее 200 нанометров. Это достаточно, чтобы отсечь большинство бактерий, но вирусы, размеры которых значительно меньше, чем у бактерий, проходили через фильтр. Причард разработал мембрану с порами в 15 нанометров. Она за несколько секунд удаляет всё, что нужно удалить: бактерии, вирусы, цисты, паразитов, грибки и другие водные патогены. Одного фильтра хватает на производство шести тысяч литров воды, и система автоматически отключается с окончанием действия картриджа, не позволяя пользователю пить зараженную воду.
«Спасатель» был разработан как средство помощи при катастрофах, но к чему ждать бедствия? Версия «Спасателя» в виде канистры емкостью 18,5 л способна очистить 25 000 литров воды – семье из четырех человек этого хватит на три года. И, что еще лучше, стоит эта вода всего-навсего полцента в день. Причард прогнозирует:
За восемь миллиардов долларов мы можем достичь одной из «Целей тысячелетия», снизив вдвое число людей, не имеющих доступа к безопасной питьевой воде… За двадцать миллиардов доступ к такой воде получит каждый человек на Земле.
Но «Спасатель» – это лишь начало. Индустрия нанотехнологий сейчас переживает взрывной рост. С 1997 по 2005 год инвестиции в этой области выросли с 432 млн долларов до 4,1 млрд и Национальный научный фонд предсказывает, что к 2015 году эта цифра достигнет одного триллиона долларов. Мы вступаем в эпоху молекулярного производства, а когда работаешь в таком масштабе, перераспределение атомов ведет к появлению абсолютно новых физических свойств.
Возвращаясь к воде: сейчас появились наноматериалы, обладающие повышенным сродством к тяжелым металлам (то есть имеющие с ними схожие пространственные и электронные характеристики). В результате тяжелые металлы «притягиваются» к этим частицам, и последние могут лучше преобразовывать загрязнения в безобидные вещества, а это помогает очищать загрязненные водные пути, водоемы и объекты, входящие в так называемую Программу суперфонда (то есть защищенные Законом о всесторонней ответственности и возмещении ущерба окружающей среде).
Тем временем ученые из IBM и токийская компания Central Glass совместно разработали нанофильтр, способный удалять как соль, так и мышьяк – то есть выполнять задачу, которая до самого недавнего времени считалась неосуществимой.
Новости на фронте санитарии: сейчас разрабатываются сантехнические устройства с использованием самоочищающихся наноматериалов, которые способны самостоятельно прочищать засоры и противостоять коррозии; скоро появятся и самозапаивающиеся трубы, которые могут собственными силами устранить протечку. На переднем крае работают немецкий ученый Хельмут Шульце и инженеры компании DIME Hydrophobic Materials (Объединенные Арабские Эмираты): они разрабатывают технологию прямиком из фантастической саги «Дюна» – гидрофобный нанопесок. Слой такого песка толщиной в десять сантиметров, «подстеленный» под верхний почвенный покров пустыни, уменьшает потери воды на 75 %. На Ближнем Востоке, где 85 % всей пресной воды уходит на орошение, подобная технология может помочь и в выращивании урожая, и в борьбе с опустыниванием.
Если учесть, что 40 % населения Земли живет на расстоянии не более 100 километров от морского побережья, наибольшие перспективы сулит комбинация нанотехнологий и технологий опреснения. В настоящий момент большинство из семи тысяч опреснительных установок мира используют технологию термального опреснения (ее также называют многоступенчатым мгновенным вскипанием) или обратного осмоса. В первом случае морская вода превращается в пар, который затем конденсируется, во втором – вода пропускается через полупроницаемые мембраны. Ни то, ни другое решение нам не подходит.
Термальное опреснение потребляет слишком много энергии (около 80 МВтч за миллион литров), поэтому подобные проекты невозможно развернуть в по-настоящему большом масштабе. Кроме того, рассол, образующийся в качестве побочного продукта, загрязняет водоносные горизонты и уничтожает популяции морских животных и растений. Обратный осмос использует относительно меньшее количество энергии, но некоторые токсины, в частности бор и мышьяк, могут проникнуть через мембраны, к тому же последние очень быстро забиваются, что снижает срок работы фильтра. Однако лос-анджелесская компания NanoH2O недавно вошла в список 100 лучших компаний в области чистых технологий (Cleantech 100 list), представив новый фильтр, который использует на 20 % меньше энергии и производит при этом на 70 % больше пресной воды.
Конечно, мы могли бы продолжать в том же духе до конца книги. Есть десятки и десятки нанотехнологий, которые сейчас находятся в разработке, а в будущем должны повлиять на ситуацию с водой. И параллельно с изумительными решениями в области нанотехнологий появляются столь же невероятные инновации в биотехнологиях и в области вторичного использования отработанной воды. Но многие считают, что наиболее перспективное направление поисков – не столько сама обработка воды, сколько те метатехнологии, которые окружают этот процесс.
Интеллектуальная сеть для воды
Когда «ведущий ученый» IBM и технический руководитель организации Big Green Innovations Питер Уильямс говорит: «Самая большая возможность, предоставляемая водой, – это не вода, а информация», – он говорит о расточительстве. Прямо сейчас в Америке 70 % воды расходуется в сельском хозяйстве, но при этом 50 % произведенной еды выбрасывается. Пять процентов нашей энергии уходит на перекачивание воды, но 20 % этой воды утекает через дыры в трубах. «Примеры можно множить бесконечно, – говорит Уильямс, – но суть остается неизменной: назовите мне проблему с водой, и я назову вам соответствующую проблему с информацией».
Решение этой информационной проблемы заключается в создании умных сетей для всех наших систем водоснабжения. Все наши трубы, наши водопровод и канализация, наши реки, озера, водохранилища, гавани и, в конце концов, наши океаны должны быть оборудованы сенсорами, «умными» измерительными устройствами и автоматическими системами контроля, управляемыми AI. Марк Модзелевски, исполнительный директор организации Water Innovations Alliance, полагает, что подобная интеллектуальная сеть сможет снизить потребление воды в США на 30–50 %.
В IBM считают, что создание таких сетей потребует 20 млрд долларов инвестиций в ближайшие годы, – и компания готова приступить к делу. В бассейне Амазонки IBM объединилась с организацией Nature Conservancy, чтобы построить систему компьютерного моделирования, которая позволит пользователям симулировать поведение речных бассейнов и принимать существенно лучшие решения относительно проблем, которые в данный момент считаются неразрешимыми. Например, приведет ли сплошная вырубка леса в верховьях реки к уничтожению рыбных запасов ниже по течению? В Ирландии организация Big Blue совместно с Морским институтом реализует проект Smart Bay, который отслеживает поведение волн, уровень загрязнения и состояние морской жизни в заливе Голуэй. Существует также проект «умной дамбы» в Нидерландах, система аналитического отслеживания работы канализации в городе Вашингтон и еще несколько десятков подобных проектов по всему миру.
Другие компании тоже работают в этом направлении. Отделение Hewlett-Packard в Детройте применило систему умных измерений, которая уже увеличила производительность на 15 %. Что касается академического сектора, то здесь исследователи чикагского Северно-Западного университета создали «умную трубу» – комплекс из множества наносенсоров, которые способны измерить всё: от качества воды до свойств потока. В других странах мира также предпринимается все больше усилий в этом направлении. В Испании только что установлена общенациональная ирригационная система, управляемая компьютером, которая разработана, чтобы сэкономить 20 % тех 240 миллиардов литров воды, которые испанские фермеры и крестьяне используют ежегодно.
Управляемая компьютером ирригация – это один из элементов «точного земледелия», в свою очередь, представляющего собой лишь часть возможностей, которые открывают интеллектуальные сети. Это комплексная технология, в которой управляемая компьютером ирригация объединяется с GPS-отслеживанием и методами удаленного зондирования, чтобы получить больше урожая на каждую каплю воды. Описанная комбинация позволяет фермерам получать информацию обо всем, что происходит у них на полях: о температуре, испарении, проценте влажности воздуха и почвы, прогнозе погоды, количестве удобрений, использованном для каждого растения, сколько воды каждое растение получило, и т. д., и т. п.
Сейчас 70 % всей воды на Земле расточительно расходуется на то, чтобы выращивать продовольствие. «С точным земледелием, – говорит Даг Милл, консультант по использованию воды из штата Джорджия, – фермеры могут снизить потребление воды на 35–40 процентов и увеличить урожай на 25 процентов».
И значительная экономия, о которой мы говорим в этом разделе, – лишь начальная точка этого обсуждения, не конечная. Как только наши гидротехнические сооружения объединятся в интеллектуальные сети, вода по-настоящему станет предметом информационной науки – и таким образом войдет в число экспоненциально растущих областей. То, что мы сейчас обсуждаем как интеллектуальную гидротехническую сеть, пока представляет собой только бета-версию системы. Сеть будет постоянно совершенствоваться, и – поскольку мы, люди, очень плохо умеем предсказывать результаты экспоненциального роста – сейчас просто невозможно сказать, к чему приведет ее развитие. Однако одно можно утверждать с точностью: в результате мы окажемся в ситуации, где воды будет гораздо больше.
Решение санитарной проблемы
До сих пор идут споры: кто изобрел современный туалет? Апокриф гласит, что это был английский слесарь XIX века Томас Крэппер, но на самом деле история важного изобретения уходит корнями в гораздо более давние времена. Западная традиция приписывает заслугу сэру Джону Харингтону, который изобрел ватерклозет для своей крестной, королевы Елизаветы I (однако изобретение Харингтона так и не было поставлено на коммерческие рельсы). На востоке же эта инновация появилась в гораздо более давние времена: археологи не так давно обнаружили отхожее место эпохи династии Хань, которое они датируют 206 годом до н. э. Устройство было обеспечено проточной водой и снабжено каменной чашей и подлокотниками – в результате китайский артефакт 2400-летней давности выглядит вполне современно. И в этом заключается проблема: когда речь заходит о канализационных системах в наших домах, обнаруживается, что в них очень долгое время ничего не менялось.
Но только представьте себе потенциальные усовершенствования. Представьте туалеты, которые не требуют инфраструктуры. Никаких труб под полом, никаких площадок для выщелачивания, скрытых под вашим газоном, никаких систем канализации, опутывающих целый квартал. Это будут туалеты хай-тек: с измельчением и сжиганием фекалий, мгновенным испарением урины и попутной стерилизацией всего на свете. Вместо того чтобы всё «спускать в трубу», эти туалеты будут производить упаковки мочевины (для удобрений), столовую соль, большое количество чистой воды и достаточное количество энергии, чтобы вы могли подзарядить при необходимости свой телефон, пока справляете нужду. Присоедините эти туалеты к интеллектуальной сети – и электричество можно будет продавать в энергоснабжающие компании, в результате чего впервые в истории людям будут платить за то, что они испражняются! И последнее: потребителю все это будет обходиться в пять центов в день. Это уже не просто усовершенствование – это революция!
Кроме того, это цель недавно объявленной программы фонда Билла и Мелинды Гейтс. Восемь университетов получили финансирование, чтобы вывести сантехнические технологии на уровень XXI века, и именно так в проекте был задействован Лоуэлл Вуд. Вуда нельзя назвать типичным специалистом в области санитарии. Он – астрофизик в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, и за плечами у него опыт работы в области термоядерного синтеза, компьютерной инженерии, рентгеновских лазеров, а также – и это принесло ему наибольшую известность – в программе космической противоракетной обороны («Звездные войны»), инициированной президентом Рональдом Рейганом. По словам Вуда,
основной смысл проекта Гейтсов заключается в том, чтобы усовершенствовать систему, которая по-настоящему не развивалась в течение 130 лет, со времен викторианской Англии. В развивающихся странах, где санитарные проблемы приводят к огромному числу смертей и болезней, это очевидным образом спасет миллионы и миллионы жизней, но в развитом мире три четверти наших счетов за воду – это стоимость растрат и расходов на содержание очистных сооружений. Таким образом, цель – решить обе проблемы: найти способ для людей справлять нужду без использования водопровода и канализации и при этом перерабатывать человеческие отходы, приводя их в безвредное состояние.
Это может показаться фантастикой, но на самом деле тут не требуется никакого волшебства. Вуд продолжает:
Можно сжигать фекалии и использовать эту энергию, чтобы полностью очищать мочу, снова разделять ее на воду и минеральные вещества. В человеческих фекалиях содержится более мегаджоуля энергии в день, и этого достаточно, чтобы поддерживать работу туалета – плюс останется полно энергии на подзарядку телефонов и освещение. И у нас уже есть подходящая технология: мы в самом буквальном смысле можем всё это сделать, просто купив компоненты в магазине. Самая большая проблема заключается в том, что это должно стоить не больше пяти центов в день, потому что только такая стоимость доступна для жителей развивающихся стран.
Преимущества такого туалета практически неоценимы. Прежде всего удаление человеческих фекалий из уравнения решительным образом снизит процент заболеваемости во всем мире (а это, в свою очередь, будет способствовать замедлению прироста населения). Этот проект можно реализовать распределенно, децентрализованно (значит, нет необходимости делать огромные предварительные инвестиции в инфраструктуру), а поскольку производить энергии и воды он будет больше, чем было затрачено, эту технологию можно считать по-настоящему революционной. Более того, эффективность технологии дает возможность столь необходимой экономии. На канализацию расходуется 31 % всей воды в Америке. Согласно подсчетам Агентства по защите окружающей среды США, 4,7 триллионов литров воды – столько ее ежегодно используют в Лос-Анджелесе, Майами и Чикаго – каждый год вытекает из американских домов, и самые большие траты приходятся именно на туалеты. И наконец, помимо отходов жизнедеятельности человека, этот технологичный туалет может перерабатывать все вообще органические отходы, включая объедки, садовые обрезки, фермерские отходы, – и таким образом замыкать все циклы, одновременно предоставляя семье всю ту воду, которая ей может потребоваться.
Голубая точка
В 1990 году, в один из самых знаменитых моментов своей блистательной карьеры, астроном Карл Саган решил, что будет интересно, если космический зонд Voyager 1, завершив свою миссию на Сатурне, развернется и сделает снимок Земли. На таком огромном расстоянии Земля выглядит несущественным, трудно различимым пятнышком рядом с другими пятнышками, или, как говорит Саган, «как пылинка на фоне солнечного луча». Но эта пылинка – голубая. Отсюда и название знаменитой фотографии: «Голубая точка».
Наша планета – голубая точка, потому что это водный мир, две трети которого покрыто океанами. Эти океаны – наша опора и наша жизненная сила. Бесспорный факт состоит в том, что в данный момент миллиард людей лишен доступа к безопасной питьевой воде, но в наших океанах заключается секрет к лучшему будущему. Возвращаясь к прозвучавшей ранее теме: изобилие – это не просто выдумка корнукопианцев. И хотя у только что описанных инноваций есть потенциал прикоснуться к мировому океану – вторично переработать их содержимое и изменить химический состав, обеспечив нас всех водой в необходимом количестве, и даже более того, – это не произойдет автоматически. У нас впереди много работы. В то же время из-за того, что технологии по эффективному использованию воды все находятся на экспоненциальных кривых, они представляют самый большой из возможных рычагов. Это кратчайший путь из точки А в точку Б, но – и это очень важное «но» – мы должны по-настоящему посвятить себя прохождению по этому пути.
Саган однажды сказал о своей знаменитой фотографии:
Этот далекий образ нашего крошечного мира… подчеркивает нашу ответственность: мы должны относиться друг к другу добрее, а также хранить и лелеять голубую точку – единственный мир, который мы знаем.
Невозможно с этим не согласиться. Так что сегодня, прямо сейчас, давайте начнем экономить: быстрее выходить из душа, есть меньше говядины – делать все, что возможно, для сохранения ограниченных на данный момент ресурсов. Но на будущее знайте, что мир водного изобилия – очень реальная перспектива, и вложение нашей энергии в экспоненциальные технологии направляет нас на верный путь. Технологии, рассмотренные в этой главе, и области исследований, которые они представляют, – самый лучший способ сохранить единственный мир, который мы когда-либо знали: нашу голубую точку.
