Б.В.Грызлов вручает почётную грамоту победителю Всеросийского конкурса на лучшие системы водоочистки В.И.Петрику. (Фото официального сайта "Золотая формула")
Непризнанный гений
Даже краткий обзор лишь основных публикаций на темы "фильтров Петрика" стоит отдельной большой статьи. Вот лишь некоторые из последних событий. Недавно из недр Комиссии по борьбе со лженаукой РАН просочилась информация, что в воде, пропущенной через фильтры Петрика, дохнут рачки-дафнии (окончательные выводы председатель комиссии Эдуард Кругляков предложил пока не делать – но они понятны: вода вредна для живых организмов). В свою очередь, действующие лица занимательной политическо-технологической авантюры, имеющей отношение к этим фильтрам (где цена вопроса исчисляется чуть ли не триллионах рублей, как утверждают некоторые источники) уже выражали недоумение по поводу мракобесов-учёных, не желающих вникнуть в суть гениальных изобретений Петрика. В Госдуме на помощь "Единой России", вынужденной отстаивать интерес своего главы, пришли депутаты из других фракций (из ЛДПР, откуда же ещё), заставив очередной раз публично разъяснять принципы работы этой комиссии её зампредседателя Михаила Садовского.
Надо сказать, что не всё так плохо, как это пытаются представить некоторые СМИ – известно, что активно продвигаемая единороссами концепция государственной программы "Чистая вода", разрекламированная в критических публикациях, все-таки сильно, как говорят разные источники, отличается от того, что предлагает на самом деле Минэкономразвития, а Минфин не даёт на инициативы единороссов денег. Те же или другие источники сплетничают, что Борис Грызлов уже начал поддаваться напору и подумывает, как выйти из этой истории, не потеряв лица (хотя последние его интервью и противоречат этим слухам), а Шойгу прилюдно открестился от инициативы, заявив, что не давал права использовать марки "МЧС" и "Шойгу" в логотипах и названиях фильтров (то же самое, впрочем, утверждает и партия "Единая Россия").
Есть и огромное количество свидетельств о том, что фильтры Петрика никогда не рекомендовались сертифицирующими органами для работы в системах водоснабжения, а лишь как фильтры доочистки уже чистой, отвечающей санитарным нормам воды (вроде тех фильтров, что особо параноидальные граждане вешают на кран в своей квартире), и в этом качестве вроде бы не вызывают особых возражений – ну, если не брать во внимание упомянутые исследования комиссии Круглякова.
Так что публикаций, критикующих петриковско-грызловские инициативы, не просто много, а очень много, и добавить к тому, что говорится в СМИ, почти нечего. И непосредственным поводом для того, чтобы автор решил присоединиться к одной из сторон, было интересное обстоятельство: и правда, со стороны развязанная академиками РАН кампания выглядит "травлей гениального изобретателя и учёного", который посмел пойти вразрез с официальной наукой. Причем для непосвящённого - травлей вполне в стиле достопамятной лысенковщины, когда талантливых учёных тоже осуждали (иногда в прямом смысле: на реальные сроки) за неприсоединение к единственно верному учению. Потому слова одного вполне уважаемого мной человека (не имеющего, к сожалению, отношения к науке и технике, и потому не могущего оценить техническую аргументацию сторон) о том, что дискуссия есть очередной "междусобойчик за распиловку бабла", переполнили чашу моего терпения.
Здесь я попробую сформулировать в понятной даже для непросвещенного читателя форме ответ на вопрос: так что же такого плохого в фильтрах Петрика, что против них поднялась почти вся "академическая кодла"?
Нанотехнологии?
Для начала попробуем ответить на такой вопрос: а правда ли, что фильтры Петрика используют нанотехнологии? Этот вопрос, казалось бы относящийся больше к ведомству маркетологов, нежели ученых и инженеров, на самом деле не столь уж второстепенный. Наночастицы (под которыми подразумевается все, что меньше 100 нанометров), особенно с какими-либо активными добавками, вроде ионов серебра или других дезинфектантов, убивающих бактерии – совсем небезобидная вещь. Такие частицы обязательно попадут в фильтруемую воду, и как они подействуют на организм – никому ещё не ясно.
Меня, как технолога по образованию, все-таки успевшего даже в свое время поработать по специальности, заинтересовала во всем этом деле одна техническая деталь – а может ли вообще фильтр, использующий частицы наноразмеров, работать как надо? Интуитивно ясно, что сопротивление фильтра зависит от пористости материала, из которого его делают, и размера частиц – так, через глину, которая состоит как раз из частиц размеров, близких к понятию "нано", вода будет сочиться очень долго, а через песок с более крупными частицами – проходить, почти не задерживаясь. Может быть, в этом интуитивном представлении что-то не так?
Бытовые фильтры Петрика. (Фото с официального сайта "Золотая формула")
Действительно, на первый взгляд не очень понятно, почему так должно быть. Предположим, что фильтрующий слой состоит из одинаковых сферических частиц, уложенных в наиплотнейшую из всех известных гранецентрированную кубическую упаковку, в которой доля свободного пространства (через которое и течёт вода) составляет 26%. Эта доля не меняется в зависимости от размеров частиц, и, следовательно, по крайней мере если частицы много больше размеров отдельных молекул жидкости, то вроде бы и в мелких и в крупных фильтрах жидкость должна вести себя одинаково.
Но на самом деле никому она ничего не должна. В дело вступают силы вязкости, которые тормозят течение жидкости в тонких каналах, и чем последние тоньше, тем больше тормозят. На практике это выражается в законе, который формулируется так: при прочих равных условиях скорость фильтрования прямо пропорциональна квадрату диаметра зерен1. Если уменьшить диаметр зерен в десять раз, то скорость фильтрования упадет в сто раз.
Для количественной оценки надо знать, откуда брать давно известные формулы для расчета фильтров, и что в них подставлять, как учитывать форму и неоднородность частиц, и т. д. Чтобы не копаться здесь в вычислениях, приведу конечный результат, взятый из статьи Ю. А. Ищенко вот в этом выпуске профессионального журнала водопроводчиков: для фильтра диаметром 13,5 см со слоем наноматерала в 10 см, необходимый для пропускания 10 литров в час напор должен составлять около 13300 метров водяного столба2!
Комментарии излишни, причём следует учесть, что сопротивление фильтра со временем – по мере накопления осадка – только возрастает (о чем далее). И, добавлю от себя, что расчёты Ищенко ещё не учитывают капиллярные явления – удержание воды в порах за счет поверхностного натяжения – которые в таких пространственных масштабах должны играть огромную роль.
Резюме: если вы хотите всерьёз уменьшить диаметр пор в обычном фильтре, так, чтобы отфильтровывать вообще все посторонние частицы в жидкости, вам придется смириться с тем, что такой фильтр будет иметь запредельное сопротивление, и вода через него просто не пойдет. Для всех реальных фильтров, на каком принципе они бы не работали, приходится искать компромисс. Этим процесс фильтрования ничем не отличается от любых других физических процессов, лежащих в основе современной технологической революции. Скажем, невозможно снизить потери в проводах линий электропередач до нуля, можно только заранее прикинуть, каковы они будут при заданной стоимости сооружения линии, и, если эти потери выйдут за пределы разумного, обосновать увеличение сечения проводов и тем самым стоимости сооружения. Собственно, инженерное искусство и состоит в основном из поиска таких компромиссов.
А вдруг?
Даже не думайте, что Петрик мог в принципе что-то такое открыть, чтобы все эти расчёты оказались устаревшими. Как нужно делать материалы, которые лучше обогревают, фильтруют или, например, прочнее при меньшем весе – теоретически было понятно ещё век-другой назад, и с тех пор ничего не изменилось и измениться не могло. Соответствующие разделы физики были закрыты полностью ещё в те времена - точно так же, как закрыта тема вечного двигателя первого и второго рода, или, например, область механики небесных тел. Можно придумать технологию производства материала, который будет приближаться к возможному теоретическому порогу - например, при той же стоимости будет иметь раз в пять лучшие теплоизолирующие свойства, но в принципе не существует способа производства материала, который теплоизолировал бы лучше вакуума.
Хороший пример – аккумуляторы и батарейки, где теоретический порог не достигнут даже в первом приближении (эффективность лучших типов раз в пятьдесят-сто ниже теоретического порога эффективности соответствующих химических реакций), потому в этом направлении можно ожидать технологических революций. Но не революционных научных открытий, которые позволят создать аккумулятор с мизинец размером, вмещающий годовую выработку Братской ГЭС – как минимум, такое устройство не будет химическим аккумулятором. Все то же относится и к процессу фильтрования даже в большей степени, ибо механизм этого процесса прост до примитивности.
