Детство в северном Висконсине
сформировало у меня тесную связь с рекой Миссисипи.
Когда я была маленькой,
мы с сестрой частенько соревновались, кто быстрее произнесёт по буквам
слово Миссисипи.
В начальной школе
я увлеклась первопроходцами, особенно экспедициями Жолье-Маркетт
и тем, как они использовали Великие озера, реку Миссисипи
и её притоки, чтобы открыть Средний Запад
и нанести на карту торговый путь к Мексиканскому заливу.
А в магистратуре
мне повезло, что Миссисипи
находилась за окном моей исследовательской лаборатории
в Университете Миннесоты.
На протяжении пяти лет я всё ближе знакомилась с Миссисипи.
Я узнала о её неспокойном характере
и местах, где она сначала затапливает свои берега,
а вскоре после этого
вода вновь возвращается в русло.
Сегодня, занимаясь физической органической химией,
я намерена использовать свои знания,
чтобы помочь защитить Миссисипи, а также другие реки
от возникающего по вине человека повышения уровня солёности.
Потому что соль – это то, что способно загрязнять пресноводные реки.
Ведь в пресноводных реках уровень солёности составляет всего 0,05 ‰.
Такая вода пригодна для питья.
Но большая часть воды на планете приходится на океаны,
чей уровень солёности составляет более 3 ‰.
Выпив её, вы очень скоро почувствуете недомогание.
Если сравнить относительный объём воды
в океане и в реках нашей планеты,
то представьте заполненный морской водой 50-метровый бассейн,
а вся речная вода поместится в канистру объёмом 3,79 л.
Сразу видно, насколько это ценный ресурс.
Но относимся ли мы к ней, как к ценному ресурсу?
Или мы относимся к ней, как к старому ковру
у входной двери, о который вытираем ноги?
У отношения к рекам как к старому ковру есть серьёзные последствия.
Смотрите сами.
Посмотрим, на что способна всего одна чайная ложка соли.
Если мы добавим одну чайную ложку соли
в наш 50-метровый бассейн с солёной водой,
океанская вода останется прежней.
Но если мы добавим столько же соли
в эту канистру с пресной водой,
она вдруг он станет слишком соленой для питья.
Суть в том,
что объём рек настолько мал по сравнению с океанами,
что они особенно уязвимы к деятельности человека,
и мы должны защитить их.
Недавно я начала изучать
состояние рек во всём мире.
Я ожидала увидеть грязные реки
в регионах с дефицитом воды и промышленным производством.
И я обнаружила это на севере Китая и Индии.
Но я была удивлена, когда прочитала статью 2018 года
о качестве воды в 232 пробах,
взятых из рек США.
Оказалось, что 37 % проб
имели повышенный уровень солёности.
Но более удивительно то,
что реки с наибольшим процентом солёности
находятся в восточной части США,
а не на юго-западе.
Авторы статьи считают,
что это может быть связано с использованием соли в гололёд.
Другим возможным источником загрязнения
могли стать промышленные сточные воды.
Получается, наша деятельность может превратить пресную речную воду
в солёную, как в океане.
Нам нужно что-то с этим делать, пока не стало слишком поздно.
И у меня есть решение.
Можно использовать трёхступенчатую систему защиты рек,
и если применить её на предприятиях,
то они станут более безопасными для рек.
Это включает, во-первых,
извлечение меньшего количества воды из рек
путём рециркуляции и повторного использования воды.
Во-вторых,
необходимо извлечь соль из солёных промышленных сточных вод,
очистить её и использовать для других целей.
В-третьих, перенаправить потребителей соли,
добытой в шахтах,
на использование соли из вторичных источников.
Эта трёхступенчатая система уже работает.
Северный Китай и Индия уже применяют её,
чтобы очистить реки.
Мы предлагаем использовать
эту систему, чтобы уже сейчас
предотвратить загрязнение рек.
К счастью, у нас есть решение.
Мембраны,
способные фильтровать воду.
Мембраны существуют уже несколько лет.
Они созданы из полимерных материалов
и различаются размерами и зарядами.
Мембраны, используемые для отделения соли от воды,
обычно работают за счёт разности зарядов.
Отрицательно заряженные мембраны
отталкивают отрицательно заряженные ионы хлора,
которые находятся в солёной воде.
Я уже сказала, эти мембраны применяют уже несколько лет,
и каждую минуту они способны очищать 113,5 млн литров воды.
На самом деле это не предел.
Они способны на большее.
Эти мембраны работают по принципу обратного осмоса (ОС).
Осмос — естественный процесс, играющий важную роль в жизни человека.
На клеточном уровне.
Осмос — механизм разделения жидкости
на две части с разной концентрацией соли.
Одна с большей концентрацией,
другая с меньшей.
Части отделены друг от друга полупроницаемой мембраной.
И в процессе прямого осмоса
вода естественным образом проникает через эту мембрану
из области низкой концентрации соли
в область высокой концентрации соли,
пока не будет достигнуто равновесие.
Теперь рассмотрим обратный осмос.
Чтобы изменить направление осмоса
в части с высокой солёностью создаём давление
и тем самым направляем воду в противоположную сторону.
Часть с высокой концентрацией становится ещё более солёной
и более концентрированной,
а часть с низкой концентрацией становится очищенной водой.
Используя обратный осмос, мы можем очистить
промышленные сточные воды на 95 %, до уровня питьевой воды,
оставив в ней всего 5 % солей.
Эти 5% концентрированной солёной смеси
не несут вреда.
Учёные также разработали модифицированные мембраны,
фильтрующие вредные соли
и не только их.
Используя эти мембраны,
их называют нанофильтрационными мембранами,
этот 5% концентрированный солевой раствор
можно превратить в очищенный солевой раствор.
В целом, используя мембраны обратного осмоса и нанофильтрацию,
мы можем сделать промышленные сточные воды
источником как воды, так и солей.
И при этом
пройти две ступени системы защиты рек.
Я представила это исследование промышленным водопользователям,
и все они ответили так:
«Да, но кому понадобится наша соль?»
Вот почему пункт номер три так важен.
Нам нужно изменить людей, использующих каменную соль,
в потребителей соли из вторсырья.
Так кто же эти потребители соли?
В 2018 году
я обнаружила, что 43 % соли, потребляемой в США,
использовалось на дорогах во время гололёда.
А 39 % применялись в химической промышленности.
Давайте взглянем на эти два факта.
Я лично была в шоке.
В зимний сезон 2018/2019 года
на дорогах штата Пенсильвания
был высыпан миллион тонн соли.
Одного миллиона тонн соли достаточно,
чтобы заполнить на 2/3 Эмпайр Стейт Билдинг.
Этот миллион тонн соли, которую мы добываем в шахтах
и высыпаем на дорогах,
загрязняет окружающую среду и реки.
Моё предложение заключается в том, чтобы по крайней мере
получать эту соль из сточных вод,
предотвращая её попадание в реки,
и использовать её на дорогах.
Тогда по весне талая вода с высоким содержанием солей
будет единственным,
что попадёт в реки,
предотвратив таким образом загрязнение.
Теперь, работая химиком
я лучше понимаю,
как внедрить переработку соли в химическую промышленность.
Для этого идеально подходит хлорно-щелочная промышленность.
Это производство эпоксидных смол,
уретанов и растворителей, а также множества продуктов,
которыми мы пользуемся ежедневно.
Основным сырьём этой промышленности является хлорид натрия, то есть соль.
Идея заключается в том,
что сначала следует обратить внимание на линейную экономику.
В линейной экономике они добывают эту соль из шахт,
которая обрабатывается хлором и щёлочью
и превращается в продукт основного синтеза,
на основе которого производят новый
или более функциональный продукт.
Но в процессе производства
соль часто воспринимается как побочный продукт
и попадает в промышленные сточные воды.
Идея заключается в том, чтобы сделать производство безотходным
и повторно использовать воду и соль из сточных вод
химического предприятия,
направить её в начало производственной цепочки.
Циркуляция соли.
Так насколько это эффективно?
Давайте просто рассмотрим пример.
50 % пропиленоксида в мире
производится с помощью хлорщелочной обработки.
Это в общей сложности около 5 млн тонн пропиленоксида,
произведённых во всём мире за год.
А это 5 млн тонн соли, добываемой из-под земли
и превращённой с помощью хлора и щёлочи в пропиленоксид,
а во время этого процесса
5 млн тонн соли попадает в сточные воды.
5 млн тонн соли достаточно,
чтобы заполнить три Эмпайр Стейт Билдинг.
И это происходит ежегодно.
Теперь вы видите, как циркуляция соли сможет обеспечить защиту
наших рек от загрязнения солью.
Вы зададитесь вопросом:
«Чёрт возьми, эти мембраны существуют уже много лет,
так почему люди не перерабатывают сточные воды?».
Дело в том,
что внедрение повторного использования — затратный процесс.
Во-вторых,
в этих регионах вода не является ценным ресурсом.
Пока её хватает.
Но знаете, если мы не планируем обеспечить будущие поколения пресной водой,
это может привести к серьёзным последствиям.
Можно спросить одного из крупнейших мировых производителей химикатов,
убытки которого в прошлом году составили 280 млн $
из-за низкого уровня реки Рейн в Германии.
Спросите жителей Кейптауна в Южной Африке,
которые из-за многолетней засухи исчерпали запасы пресной воды
и которых просили спускать воду в туалетах.
Как вы видите,
у нас есть решение.
Мембраны обеспечат чистую воду,
чистую соль.
Используя мембраны,
мы сохраним наши реки для будущих поколений.
Спасибо.
(Аплодисменты)