Омар Яги считает, что кристаллы с зазорами, способными улавливать влагу, могут перенести технологии из «Дюны» в засушливые районы Земли.
Омар Яги был тихим, прилежным ребенком, вряд ли стал бы играть в грубые игры со своими девятью братьями и сестрами. Поэтому, когда он подрос, родители поручили ему одну из самых важных семейных обязанностей: носить воду. Как и в большинстве домов в его палестинском квартале в Аммане, Иордания, в доме Яги не было электричества и водопровода. По крайней мере, раз в две недели город включал местные краны на несколько часов, чтобы жители могли наполнить свои баки. Юный Омар помогал пополнять семейный запас воды. Спустя десятилетия он говорит, что не помнит ни одного случая опоздания. Страх оставить родителей, семерых братьев и двух сестер измученными жаждой заставлял его быть пунктуальным.
Яги оказался настолько надёжным, что отец поручил ему следить за тем, сколько ест и пьёт скот, предназначенный для семейной мясной лавки. Лучшие куски мяса получались от хорошо откормленных и обеспеченных водой животных — задача непростая, учитывая, что они выращивались в засушливой пустыне.
Специально разработанные материалы, называемые металлоорганическими каркасами, способны впитывать воду из воздуха, подобно губке, а затем отдавать её обратно.
Но в 10 лет Яги узнал о другом занятии. Надеясь избежать шумной толпы на перемене, он обнаружил, что двери школьной библиотеки открыты, и пробрался внутрь. Листая учебник химии, он увидел нечто непонятное: маленькие шарики, соединенные палочками, образующие удивительные формы. Молекулы. Строительные блоки всего сущего.
«Я не знал, что это такое, но это меня заинтриговало, — говорит Яги. — Я все пытался понять, что это может быть».
Так он открыл для себя химию — или, возможно, так химия нашла его. После переезда в Соединенные Штаты и, в конечном итоге, постдокторской программы в Гарвардском университете, Яги посвятил свою карьеру поиску способов создания совершенно новых и удивительных форм для этих маленьких палочек и шариков. В октябре 2025 года он стал одним из трех ученых, получивших Нобелевскую премию по химии за идентификацию металлоорганических каркасов, или МОФов — ионов металлов, прикрепленных к органическим молекулам, которые образуют повторяющиеся структурные ландшафты. Сегодня эта работа лежит в основе нового проекта, который звучит как научная фантастика или чудо: создание воды из воздуха.
Когда Яги только начинал работать с МОФами, он думал, что они смогут поглощать загрязняющий климат углекислый газ — или, возможно, удерживать молекулы водорода, решая сложную проблему хранения этого экологически чистого, но трудноудерживаемого топлива. Но затем, в 2014 году, команда исследователей Яги из Калифорнийского университета в Беркли пришла к озарению. Крошечные поры в МОФах можно спроектировать таким образом, чтобы материал впитывал молекулы воды из окружающего воздуха, как губка, а затем, при небольшом нагреве, возвращал эту воду, как будто выжатый. Всего один грамм водопоглощающего МОФ имеет внутреннюю площадь поверхности примерно 7000 квадратных метров.
Связанная статья
Яги не был первым, кто попытался добывать питьевую воду из атмосферы. Но его метод позволял делать это при более низком уровне влажности, чем у конкурентов, что потенциально могло бы произвести революцию в небольшой, зарождающейся отрасли, которая может иметь решающее значение для человечества в грядущие десятилетия, когда люди будут испытывать острую нехватку воды. Теперь основанная им компания Atoco спешит продемонстрировать пару устройств, которые, по мнению Яги, могли бы производить чистую, свежую питьевую воду практически в любой точке Земли, даже без подключения к источнику энергии.
Именно к этой цели Яги стремится уже более десяти лет, проявляя непоколебимую целеустремленность, которую он усвоил, выполняя поручения в мясной лавке своего отца.
«Именно в той мастерской я научился доводить вещи до совершенства, научился трудовой этике, — говорит он. — Я понял, что работа не закончена, пока не сделана хорошо. Не начинайте работу, если не можете ее закончить».
Большая часть Земли покрыта водой, но лишь 3% её — пресная, без соли, то есть именно та вода, которая необходима всем живым существам на Земле. Сегодня опреснительные установки, удаляющие соль из морской воды, обеспечивают основную часть питьевой воды в технологически развитых странах, расположенных в пустынных районах, таких как Израиль и Объединенные Арабские Эмираты, но это обходится очень дорого. Опреснительные установки либо нагревают воду для удаления питьевой воды, либо фильтруют её с помощью мембран, через которые соль не проходит; оба метода требуют больших затрат энергии и оставляют после себя концентрированный рассол. Как правило, насосы для опреснения сбрасывают этот рассол обратно в океан, что приводит к разрушительным экологическим последствиям.
В начале этого года я разговаривал с руководителями компании Atoco об улавливании углекислого газа, и они упомянули возможность сбора воды из атмосферы. Конечно, мне сразу же вспомнились «Звёздные войны» и Люк Скайуокер, работающий на семейной ферме по производству влаги, используя «испарители» для извлечения воды из атмосферы засушливой планеты Татуин. (Другие поклонники научной фантастики, возможно, вспомнят «Дюну» и технологию сбора воды у фременов.) Может ли это быть правдой?
Оказывается, люди занимаются этим тысячелетиями. Археологические свидетельства сбора воды из тумана датируются еще 5000 годом до нашей эры. Древние греки собирали росу, а 500 лет назад то же самое делали инки, используя сетки и ведра под деревьями.
Сегодня добыча воды из воздуха — это бизнес, уже оцениваемый в миллиарды долларов, как утверждают отраслевые аналитики, и в ближайшие пять лет его стоимость, как ожидается, увеличится еще на миллиарды. Отчасти это связано с тем, что типичные источники пресной воды находятся в кризисе. Меньшее количество снега в горах во время жарких зим означает меньше талой воды весной, а значит, меньше воды ниже по течению. Засухи регулярно бьют рекорды. Поднимающийся уровень моря просачивается в подземные водоносные горизонты, которые и без того истощены сельским хозяйством и разрастающимися городами. Стареющие септики вымывают бактерии в воду, а вызывающие рак «вечные химикаты» создают то, что, по словам Управления государственной подотчетности США в прошлом году, «может стать самой большой проблемой с водой со времен свинца». И это еще не говоря о надвигающейся катастрофе, связанной с микропластиком.
Поэтому многие страны обращаются к сбору атмосферной воды. Компания Watergen, базирующаяся в Израиле и занимающаяся разработкой этой технологии, первоначально планировала развертывание своих систем в засушливых и беднейших регионах мира. Однако покупатели из Европы и США обратились к компании как к способу обеспечить себя чистой водой. Одним из крупнейших рынков для Watergen являются богатые Объединенные Арабские Эмираты. «Когда вы говорите о „водном кризисе“, это не просто нехватка воды — это доступ к воде хорошего качества», — говорит Анна Чернявская, вице-президент по маркетингу Watergen.
Другими словами, технология «прошла путь от лабораторных прототипов до надежных, готовых к применению в полевых условиях систем», — говорит Гуйхуа Ю, инженер-механик из Техасского университета в Остине. «Еще есть возможности для повышения производительности и энергоэффективности на уровне всей системы, но прогресс в этом направлении стабилен и обнадеживает».
МОФы — это лишь последний подход к этой идее. Первое поколение коммерческих технологий зависело от компрессоров и хладагентов — крупномасштабных версий устройств, которые поддерживают продукты холодными и свежими на вашей кухне. Оба метода используют электричество и множество труб и теплообменников для создания холода путем фазового перехода химического вещества из газообразного состояния в жидкое и обратно; холодильники стремятся ограничить конденсацию, а генераторы воды, по сути, пытаются ее усилить.
Так работает технология Watergen: с помощью компрессора и теплообменника вода извлекается из воздуха при уровне влажности всего 20% — как в Долине Смерти весной. «Речь идёт о пустынях, — говорит Чернявский. — При влажности ниже 20% начинаются носовые кровотечения».
Этого всё ещё может быть недостаточно. «Холодильное оборудование работает довольно хорошо, когда относительная влажность выше определённого уровня», — говорит Самир Рао, инженер-механик из Университета Юты, занимающийся исследованиями сбора атмосферной воды. «По мере высыхания окружающей среды относительная влажность снижается, и становится всё сложнее. В некоторых случаях холодильные системы просто не могут эффективно работать».
Таким образом, вторая волна технологий нашла свой рынок. Такие компании, как Source Global, используют осушители — вещества, поглощающие влагу из воздуха, например, пакетики с силикагелем, которые находятся в упаковках с витаминами, — для впитывания влаги и последующего её высвобождения при нагревании. Теоретически, преимущество технологии на основе осушителей заключается в том, что она может поглощать воду при более низком уровне влажности, а также потребляет меньше энергии на начальном этапе, поскольку не использует систему конденсатора. Source Global утверждает, что её автономная система, работающая на солнечной энергии, развернута в десятках стран.
Однако обе технологии по-прежнему требуют много энергии, либо для работы теплообменников, либо для генерации достаточного количества тепла для высвобождения воды из осушителей. Яги надеется, что MOF-материалы этого не требуют. Теперь компания Atoco пытается это доказать. Вместо использования теплообменников для доведения температуры воздуха до точки росы или осушителей для притягивания воды из атмосферы, система может полагаться на специально разработанные MOF-материалы, которые притягивают молекулы воды. В прототипе Atoco используется MOF-материал, похожий на детскую присыпку, прикрепленный к поверхности, например, к стеклу. Поры в MOF-материале естественным образом притягивают молекулы воды, но остаются открытыми, что теоретически позволяет легко отводить воду, не выделяя больше тепла, чем от прямых солнечных лучей. В промышленной версии Atoco для ускорения процесса используется электричество, но компания работает над второй версией, которая может работать полностью автономно, без какого-либо энергозатрат.
Связанная статья
Компания Atoco Яги — не единственный претендент, стремящийся использовать MOF для сбора воды. Конкурент, AirJoule, представил генераторы атмосферной воды на основе MOF в Техасе и ОАЭ и сотрудничает с исследователями из Университета штата Аризона, планируя развернуть больше устройств в ближайшие месяцы. Компания начинала с попытки создать более эффективные системы кондиционирования воздуха для электробусов, работающих на жарких и влажных городских улицах. Но затем основатель Мэтт Джоре узнал об усилиях правительства США по сбору воды из воздуха — и изменил направление. Цена акций стартапа несколько колебалась, но Джоре говорит, что огромный размер рынка должен обеспечить ему успех. Возьмем, к примеру, округ Марикопа, включающий Финикс и его окрестности: он использует 1,2 миллиарда галлонов воды из своего истощающегося водоносного горизонта каждый день и еще 874 миллиона галлонов из поверхностных источников, таких как реки.
«Значит, пара миллиардов галлонов в день, верно?» — говорит мне Джоре. «Вы знаете, сколько воды ежедневно поступает в атмосферу? Двадцать пять миллиардов галлонов».
Мои брови приподнимаются. «В глобальном масштабе?»
«Только в районе Большого Феникса в атмосферу поступает около 25 миллиардов галлонов воды, — говорит он. — Если вы можете использовать этот источник, это ваш источник. И он никуда не денется. Он есть по всему миру. Мы рассматриваем атмосферу как бесплатный мировой трубопровод».
Помимо преимущества AirJoule перед Atoco, компании также различаются в источниках получения MOF-материалов. Система AirJoule основана на готовой версии, которую компания закупает у химического гиганта BASF; Atoco стремится использовать навыки Яги в разработке новых материалов для создания MOF-материалов на заказ для различных применений и мест.
«Учитывая, что у нас есть изобретатель целого класса материалов, и мы используем разработки его лаборатории в Беркли — при прочих равных условиях, у нас есть хорошая отправная точка для создания, возможно, лучших в мире материалов», — говорит Магнус Бах, вице-президент Atoco по развитию бизнеса.
Яги предполагает создание двухкомпонентной линейки продуктов. С одной стороны, это будут промышленные водогенераторы, работающие на электричестве и способные производить тысячи литров воды в день, а с другой — установки, работающие на пассивных системах, смогут функционировать в отдаленных местах без электроснабжения, используя только энергию солнца и температуру окружающей среды. Теоретически, эти установки когда-нибудь смогут заменить опреснение и даже целые муниципальные системы водоснабжения. Следующий этап полевых испытаний запланирован на начало 2026 года в пустыне Мохаве — одном из самых жарких и засушливых мест на Земле.
«Это моя мечта, — говорит Яги. — Дать людям независимость в вопросах водоснабжения, чтобы они не зависели от другой стороны в вопросах своей жизни».
И Яги, и Чернявский из Watergen говорят, что рассматривают более децентрализованные версии, которые могли бы работать вне муниципальных коммунальных систем. Бытовые приборы, такие как солнечные батареи на крышах и аккумуляторы, могли бы позволить домохозяйствам производить собственную воду вне централизованных сетей.
Однако без эффекта масштаба, позволяющего снизить цены, это может оказаться непросто. «Необходимо производить, охлаждать, фильтровать — всё в одном месте», — говорит Чернявский. «Поэтому сделать производство небольшим — очень и очень сложная задача».
Как бы сложно это ни было, детство Яги привило ему особое понимание свободы жить автономно, освободить жизненно необходимую воду от прихотей систем, которые диктуют, когда и как люди могут получить к ней доступ.
«Это действительно моя мечта, — говорит он. — Дать людям независимость, независимость в вопросах водоснабжения, чтобы они не зависели от другой стороны в вопросах средств к существованию или жизни».
В конце одной из наших бесед я спросил Яги, что бы он сказал себе молодому, если бы мог. «Иордания — одна из худших стран с точки зрения последствий нехватки воды, — сказал он. — Я бы сказал: „Продолжай быть усердным и внимательным. Неважно, чем ты занимаешься, главное, чтобы ты был увлечен этим“».
Я стал расспрашивать его о чем-то более конкретном: «Как вы думаете, что бы он сказал, если бы вы описали ему эту технологию?»
Яги улыбнулся: «Думаю, юный Омар подумает, что ты его разыгрываешь, что всё это выдумка и ты пытаешься что-то у него отнять». Другими словами, такая реальность превзошла бы самые смелые мечты юного Омара.
Александр С. Кауфман — журналист, более десяти лет освещающий вопросы энергетики, изменения климата, загрязнения окружающей среды, бизнеса и геополитики.
Источник: www.technologyreview.com
