Как делают пресную воду на корабле: лайнер кипятит море без огня и продавливает его через мембрану

Четыре испарителя на Oasis of the Seas могут дать 3 300 тонн пресной воды в сутки. Лайнер вмещает около 5 400 пассажиров, а по данным Royal Caribbean один гость расходует в среднем 250 литров в сутки: вместе порядка 1 350 тонн. Мощность больше расхода в два с лишним раза. Так и задумано: пресную воду лайнеры делают сами, из солёной воды за бортом. У Norwegian Cruise Line Holdings в 2023 году так получили 89 % всей пресной воды, 6,8 из 7,6 миллиона кубометров.

Oasis of the Seas у причала в Фалмуте, Ямайка. На этом лайнере четыре испарителя пресной воды (фото: Sunnya343, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Как делают пресную воду на корабле, зависит от двигателей. Пока лайнер на ходу и моторы щедро греют охлаждающую воду, морскую выпаривают. Когда тепла мало, её продавливают через мембрану, которая не пускает соль. В отчёте группы сказано, что большую часть воды дала именно мембрана. Для масштаба: 6,8 миллиона кубометров — около 2 700 олимпийских бассейнов по 2 500 кубометров.

Вода в семьдесят градусов кипит без огня

Тепло для первого способа лайнер получает почти даром. Охлаждающая вода двигателя выходит из него горячей, и ею нагревают морскую до семидесяти-восьмидесяти градусов. До кипения далеко, но огонь и не нужен. Испаритель устроен как ряд камер, из которых откачан воздух, а при таком давлении вода вскипает на лету. Английское название flash, «вспышка», как раз про это: горячая вода влетает в камеру и тут же вскипает, часть её уходит паром. Пар оседает на холодных трубках, капли стекают в сборник. Соль остаётся в рассоле, а жар, который иначе ушёл бы за борт, возвращается водой для душа.

Насос, который давит, как на глубине полукилометра

Второй способ обходится без тепла, зато ест электричество. Насос высокого давления гонит морскую воду на мембрану под давлением 50–70 бар, это почти столько же атмосфер. Так давит толща воды на глубине в пятьсот-семьсот метров. Вода просачивается сквозь поры, соль остаётся с другой стороны.

Такое давление нужно из-за осмоса. Если мембраной разделить пресную и солёную воду, пресная сама потянется в солёную, выравнивая концентрацию. Чтобы вышло наоборот, насос должен перебить эту тягу. У океанской воды, где 35 граммов соли на килограмм, порог около 26 бар, а рабочее давление выше, потому что рассол по ходу дела делается всё солонее.

Мембранный элемент обратного осмоса, развёрнутый по слоям: плёнка и сетчатый разделитель (фото: David Shankbone, Wikimedia Commons, CC BY 3.0)

На яхтах работает тот же принцип в уменьшённом виде: серийные опреснители дают от 27 до 150 литров в час. Одна судовая установка лайнера выдаёт 12–15 кубометров в час, то есть двенадцать-пятнадцать тысяч литров. Яхтенному опреснителю на тот же объём нужно от трёх суток до трёх с лишним недель.

Wärtsilä выпускает мембранные установки на 10–1 500 кубометров в сутки. На большинстве лайнеров ставят оба способа рядом. Мембране хватает небольшого расхода энергии. Испарителю нужно много тепла, зато вода у него чище, а температура, солёность и муть в море влияют на него меньше, говорят в Wärtsilä.

На стоянке мембрана выручает чаще: в порту обычно работает один двигатель, и тепла испарителям не хватает. Покупку воды в порту Royal Caribbean называет последним вариантом, для кораблей, которые много суток стоят у причала. Такой стоянкой был февраль 2014 года в Сочи: к причалу круизной гавани на три недели встал Norwegian Jade, лайнер Norwegian Cruise Line Holdings, и работал гостиницей Олимпиады.

Norwegian Jade в порту Дубровника, 2016 год (фото: Lindemann97, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Три с лишним тысячи тонн по паспорту и тысяча триста на гостей

Мощность Oasis складывается из четырёх установок по 825 тонн в сутки, в каждой по восемь камер подряд. Обычный судовой испаритель даёт 20–25 кубометров в час, а у Oasis каждый примерно 34. В 1 350 тонн вошли только гости. Воду берут ещё экипаж, прачечные, кухни и бассейны, а запас нужен на случай, когда испарители работают не на полную: свои 3 300 тонн они дают, когда сразу идёт несколько двигателей и тепла вдоволь. На малом ходу тепла меньше, и в дело вступает мембрана.

Oasis of the Seas на верфи в Турку, Финляндия (фото: Anssi Koskinen from Turku, Finland, Wikimedia Commons, CC BY 2.0)

Возить воду с собой на неделю рейса пришлось бы в цистернах: одни гости потратили бы порядка 9 500 тонн, почти четыре олимпийских бассейна. Проще везти установки, которые делают воду на ходу. По данным Royal Caribbean Group, 90 % воды на её кораблях делают на борту. Выгода понятна: воду не нужно искать там, куда зашёл корабль, а в порту её берут у города. Norwegian Cruise Line Holdings даже составила карту портов с дефицитом воды: в них принято меньше 3 % её расхода.

Пятидесятиметровый бассейн «Вестбад» в Мюнхене. Олимпийский бассейн той же длины, 50 на 25 метров, вмещает около 2 500 кубометров (фото: Pittigrilli, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

На кораблях Royal Caribbean воду после мембраны минерализуют ради вкуса, потому что чистая она почти безвкусна, а конденсат с кондиционеров собирают для прачечной.

Чёрное море для мембраны мягче океана

Осмотическое давление растёт вместе с солёностью. По учебной формуле, на каждый процент соли приходится около 7,5 бара. У океана 3,5 процента, отсюда 26 бар. Чёрное море у поверхности почти вдвое менее солёное, около 18 промилле, и порог там выходит примерно 13 бар, вдвое ниже океанского.

Морской порт Сочи с высоты: бухта, молы и шпиль Морвокзала слева (фото: Ганощенко Роман (Ganoshenko Roman), Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

В отчёте за 2023 год именно на Jade группа пробовала учёт расхода воды: следить там, где её уходит больше всего, и смотреть на цифры удалённо. Сколько воды он взял за сочинские три недели из городской сети, а сколько сделал сам, в открытых данных группы нет: там итоги по флоту за год, а не по стоянкам отдельных кораблей. Поэтому выигрыш Чёрного моря остаётся расчётом на бумаге, 13 бар против 26.