Як українсько-польський стартап HYDRATICO збирається покращити світ, опріснюючи воду

Всім відомо, що вода необхідна для підтримки життя і має велике значення для здоров’я людини. А п’ємо ми прісну воду, яка міститься у річках, прісних озерах, водосховищах, підземних резервуарах (артезіанські води), у хмарах, льодовиках. Стартап HYDRATICO як раз і займається опрісненням та очищенням води, використовуючи суперкавітацію.

За різними даними, від дефіциту питної води наразі потерпає понад 40% населення планети. Водний дефіцит викликаний сукупністю багатьох факторів, в тому числі він виникає через забруднення водойм відходами промисловості та сільського господарства, а також через повторне засолення ґрунтів. Тому, опріснення морської води — один із кроків розв’язання проблеми. Йдеться про видалення з води розчинених у ній солей, щоб зробити її придатною для пиття або для використання в технічних цілях. Вміст солей в морській воді — 3,5%, а в питній — 0,05%.

6 червня 2023 року о 2:30 ночі російські військові підірвали Каховську ГЕС. Цей акт екоциду став масштабним впливом на природні екосистеми України. Каховське водосховище було другим за площею водосховищем в Україні та першим за об’ємом води. Руйнування ГЕС та греблі призвело до неконтрольованого скидання величезного об’єму води, який дорівнює потребам України у воді на 2 роки. Також одним із найбільших впливів цієї катастрофи є втрата Україною величезних запасів риби.

З кінця ж серпня 2024 року стало відомо про забруднення річки Десна. У ній масово гинула риба, а вода стала чорною. Забруднення почалося з річки Сейм, що є притокою Десни й протікає, зокрема, курською областю рф, де тривають бойові дії. 10 вересня премʼєр-міністр Денис Шмигаль заявив, що річку Сейм забруднили викиди з російського цукрового заводу. За даними науковців, на відновлення Сейму і Десни знадобиться 2-3 роки.

Тож ми бачимо, що проблема наявності чистої та прісної води в Україні сьогодні є однією із найважливіших. У світі ж багато фахівців вважають, що основні проблеми полягають навіть не у недостатній кількості води на Землі, а саме у забрудненні вод, нестачі засобів для її видобування, дорогому опрісненні солоних вод. Ми поговорили зі співзасновником українсько-польського стартапу HYDRATICO Павлом Панасюком, який розповів нам про технологію суперкавітації, сучасні методи очищення та опріснення води, а також пояснив для чого треба затримувати прісну воду.

Що таке суперкавітація і для чого вона потрібна

Для того, щоб зрозуміти, як працює технологія суперкавітації спочатку треба зрозуміти, що таке кавітація. Це утворення всередині рідини порожнин, заповнених газом, парою або їх сумішшю (кавітаційних бульбашок), тобто порушення суцільності рідини. Кавітація виникає в результаті місцевого зниження тиску в рідині до певного критичного значення, що може відбуватися або при збільшенні швидкості рідини (гідродинамічна кавітація), або при проходженні акустичної хвилі великої інтенсивності під час напівперіоду розрідження (акустична кавітація).

Своєю чергою суперкавітація — це вже фундаментальне явище, притаманне рухові рідин, коли в них виникають достатньо великі порожнини. Їх називають кавернами. Основна відмінність від звичайної кавітації полягає у великих розмірах каверни та її стабільній формі.

Існує два типи суперкавітації: парова, коли каверна заповнюється парами рідини та виникає через збільшення швидкості рідини; штучна, коли каверна підтримується піддувом газу, наприклад, азоту або кисню.

Суперкавітація знаходить застосування у різних областях: швидкісні судна (ракетоносії, гідрофойли), торпеди та інші підводні снаряди, корабельні гвинти, струменеві двигуни, а також насоси, які якраз і можуть бути використані для очищення та опріснення води. Головний операційний директор та співзасновник українсько-польського проєкту HYDRATICO Павло Панасюк повідав нам, що в Україні дослідженням суперкавітації займається професор КПІ та кандидат наук Олександр Мачинський.

«В Києві ми познайомилися з Олександром Мачинським і отримали від нього першу інформацію стосовно цієї технології. Йдеться про створення у потоці води дуже довгої каверни, яка дозволяє ефективно або перемішувати речовини, або, якщо рідина гаряча, відбирати пару з цієї речовини. Це призводить до такого ефекту, що можна сильно гомогенізувати речовину, тобто надати однорідної структури.

Ми почали дивитися, куди цю технологію можна було б застосувати. І ось одне із впроваджень вже існує в Житомирі. Там на водоканалі ця технологія використовується для змішування стоків і хімічних реагентів, які очищають ці стоки. Завдяки використанню суперкавітації вдалося до 20% обмежити використання дорогих хімікатів. Це була суттєва економія. Без особливого втручання в загальну технологічну схему очищення було досягнуто хорошого ефекту з очищення», — розповів нам Павло.

Після певного дослідження, використовуючи суперкавітацію, команда стартапу почала впроваджувати технологію знесолення води та очищення хімічних стоків. Зараз стартап HYDRATICO вже отримує перші прототипи та може створювати обладнання під конкретних клієнтів.

За словами операційного директора компанії, технологія суперкавітації може застосовуватись навіть для охолодження води: така система існує на Південноукраїнській АЕС, де використовується шалена кількість води для охолоджування реакторів. Оскільки гаряча вода ллється через труби на градирні, величезна кількість цієї води випаровується в атмосферу, створюючи безповоротні втрати. З використанням же суперкавітації можна знижувати температуру води перед її надходженням у градирні на кілька градусів, що дозволяє суттєво знизити паротворення та економити воду. В такий спосіб зберігається водний ресурс, який можна знову повернути на АЕС і використовувати.

«Дуже цікава історія з цією суперкавітацією. Ми також використовуємо гомогенізацію речовин, активне перемішування. Одне із застосувань, яке ми активно тестуємо — це використання суперкавітації для виробництва органічних добрив. В Україні вже навіть є виробничі потужності. З торфу можна виокремлювати певні речовини й отримувати повністю чисте та екологічне добриво, яке вкрай необхідне для сільського господарства. Всі ми розуміємо, що хімічні підприємства стоять. А тут маючи фактично все своє, можна забезпечувати процес виробництва чистих органічних добрив», — відмітив Павло Панасюк.

А ще на озброєнні США існує перше у світі судно, яке рухається за допомогою ефекту суперкавітації. Компанія з Нью-Хемпшира Juliet Marine Systems на замовлення американського флоту понад 10 років тому створила катер GHOST, який є невидимим для радарів ворожих судів.

Це судно ефективніше, ніж наявні швидкохідні катери. Компанія позиціює його як гібридний човен-літак. GHOST може нести кілька тонн різних озброєнь, включаючи торпеди, а системи управління озброєнням дозволяють відстежувати та вести вогонь відразу за декількома цілями.

Як працює стартап HYDRATICO

Основним напрямком діяльності проєкту HYDRATICO наразі є опріснення та очищення води. Павло пояснив, що цей процес може відбуватися двома способами. Перший спосіб — термічний: вода підігрівається до температури 60 градусів Цельсія, а потім внаслідок гідродинамічних ефектів, опорів, температура росте до 100 градусів і більше; відбувається активне випарювання води та з’являється можливість збирати пару і конденсувати.

Другий спосіб — хімічний: в холодну воду, яка протікає через прилад спеціальної конфігурації здійснюється вприскування хімічних реагентів; йде активне перемішування реагентів і забрудненої води; відбувається прискорений процес реакції, після чого різні забруднення, в тому числі й солі, випадають у вигляді осаду; осад можна зібрати, а чисту воду передавати на наступні етапи обробки.

«У першому випадку, коли ми отримуємо чисту пару, тобто дистильовану воду, то пити її не можна. Вона вимагає додаткової обробки. Якщо ж ми використовуємо хімічний спосіб, то ця вода може доводитися до норм скидної води. Йдеться про воду, яку можна скидати у річки або використовувати у вигляді технічної води, що також важливо, адже тоді ми не використовуємо питну воду у виді технічної. Зрошувати поля цією водою також можливо», — зазначив операційний директор HYDRATICO.

Якщо ж говорити про опріснення саме морської води, то після знесолення до неї додаються мікро і макроелементи, мінерали в такій кількості, яка зафіксована в нормі питної води, а також обробляють ультрафіолетом, щоб знищити бактерії. За словами стартапера, наразі компанія є елементом цього ланцюжка і не претендує на те, щоб робити придатну для пиття воду, хоча в теорії може це робити.

У HYDRATICO чотири співзасновники. Це двоє українців і двоє громадян ЄС. Компанія заснована в березні 2022 року у Польщі, але більшість науково-дослідних та конструкторських робіт проводяться у Києві та Дніпрі, де є відповідні спеціалісти та інститути. Одним з інвесторів проєкту виступив польський венчурний фонд. Також фінансування залучається і в Україні. Стартап вже має декількох клієнтів. Це підприємства хімічного сектору та теплової електроенергетики.

Також команда налагоджує співпрацю з шахтними підприємствами у Польщі, адже вони мають високий поріг засолення шахтних вод і просто скидають ці води у річки. Так, у 2022 році виник величезний міжнародний скандал на польсько-німецькому кордоні, на річці Одра, коли сталася масова загибель риби. Це було пов’язано саме зі скидами шахтних вод.

Стартап HYDRATICO має дві бізнес-моделі. Перша — це продаж обладнання. Друга — це послуги за допомогою такого обладнання. У такому випадку очищення води розраховується від кубометра, хімікатів потрібно використовувати на 20%-30% менше, що вже може призводити до великого економічного ефекту. Що ж стосується очищення морської води, то тут операційні витрати на рівні до 5 кіловатів на 1 метр кубічний води, що набагато дешевше ніж термічне випарювання. Всі деталі — тут.

За весь час проєкт залучив майже €220 000. «Це не великі гроші для хардверного проєкту. Наступний рік буде роком впровадження технології, підвищення виробничих потужностей та побудови нових, складніших прототипів. Це вимагає інвестицій до одного мільйона євро, щоб бути повністю готовими до виходу на ринок і мати технологію, перевірену клієнтом. Насправді це дуже велика історія. Ми поки що не уявляємо масштабу того, скільки треба буде води опріснювати. Схоже, що знесолювання саме морської води стає основним джерелом питної води в прибережних регіонах», — підкреслив операційний директор компанії.

Опріснення морської води: різний досвід

Видалення з води розчинених в ній солей до концентрації, яка є допустимою під час використання води для господарсько-питних або технічних потреб називається опрісненням. У 1972 році вперше у світі була введена в дію і діяла майже 30 років атомна опріснювальна установка на базі реактора на швидких нейтронах бн-350 у Казахстані.

Найбільш поширеним способом опріснення морської води є метод дистиляції. Цей спосіб заснований на закипанні та паротворенні. Морську воду нагрівають до утворення пари, яка вилучається та охолоджується, як наслідок — вода придатна до вживання. Величезним недоліком цього методу є залишковий соляний розчин високої концентрації. Важливим моментом є очищення морської води перед і після дистиляції.

Ще одним способом опріснення є метод зворотного осмосу. Очищення води й опріснення відбувається за допомогою мембрани, проникною для води, але непроникною для солей та інших домішок, розчинених в морській воді, за допомогою системи водоочищення і водопідготовки. Недолік цього методу — мала кількість очищеної опрісненої води.

Через своє географічне положення Ізраїль є одним із лідерів у опрісненні води. Ключовим рішенням для збільшення водопостачання в умовах дефіциту є повторне використання води. Як розповідають деякі ізраїльські компанії, кожна крапля води проходить через розумне, витончене та стійке економічне коло, створюючи синергію між домашнім і сільськогосподарським використанням.

«Вміст солі в Середземному морі — близько 3,8%, вміст солі в Чорному морі — менш як 2%. Вартість опріснення залежить від кількості солі, яку ми маємо. Україна може за допомогою своєї установки виробляти вдвічі більше води за ту саму кількість енергії, яку ми використовуємо на Середземному морі», — пояснював раніше професор Рафаель Семіат, який вже понад 40 років досліджує водні технології в Ізраїльському технологічному інституті. В Ізраїлі ж використовують переважно технологію зворотного осмосу, яка дає досить пристойний результат.

Ну і звісно не можна не згадати країну-агресора росію, яка всупереч публічним заявам про недоцільність опріснення морської води для водопостачання в окупованому Криму, начебто продовжувала у 2021 році розробляти цей проєкт. Виконавців тоді не називали, оберігаючи їх від міжнародних санкцій. Але Крим.Реалії, проєкту Радіо Свобода, розповідав, що у процес була залучена структура «Роскосмосу».

А ще декілька років тому група дослідників із США заявила, що їм вдалося покращити технологію зворотного осмосу — методу опріснення морської води. Завдяки зусиллям цієї групи та двох американських водоочисних компаній стало відомо дещо більше про властивості напівпроникних мембран, які застосовуються при зворотному осмосі. Зокрема те, що важливу роль грає однорідність мембран на нанорівні. Експериментально авторам дослідження вдалося досягти на 30-40% більшої дієвості під час застосування зворотного осмосу. Дослідження є у виданні Science.

«Для України розбудова мережі альтернативних джерел постачання води є надзвичайно важливою. Існує такий показник — ретенція води (утримування води). Йдеться про те, скільки води, яка протікає через вашу територію, ви затримуєте в водосховищах, в різних резервуарах. Погано, коли більшість води, що випадає з дощами, просто витікає в море. Потрібно зберігати максимальну кількість води для того, щоб мати можливість використати її у промисловості, сільськогосподарських чи інших цілях», — підсумував співзасновник HYDRATICO Павло Панасюк.