Co o vodě nevíme

Nikdo nepochybuje o tom, že voda, která zaujímá 70 % povrchu Země a tvoří téměř dvě třetiny našeho těla, je pro život velmi důležitá. Přesto o ní ještě všechno neznáme. Čím víc ale o ní víme, tím se nám zdá méně obyčejná. Má řadu anomálií, tj. fyzikálních a chemických vlastností, které ji odlišují od jiných materiálů. Anomálie přitom pro vědce představují šance na technologické průlomy. Jiným příkladem může být křemík, jehož neobvyklé vlastnosti se staly základem pro objev polovodičů a následný nástup digitální technologie.

Záhada ledu

Nejznámější anomálií vody je průběh závislosti hustoty  na teplotě. Většina materiálů se po ochlazení smršťuje, takže zaujímají menší objem. To ale není případ ledu, který plave na vodě a zaujímá více prostoru než kapalná voda. Nejpřekvapivější je ale to, že voda o teplotě 0 °C plave na vodě teplé 4 stupně C. Při teplotách pod nulou řeky a jezera zamrzají, a to odshora dolů, takže při nepříliš dlouhých či krutých mrazech může zůstávat nejnižší vrstva vody o teplotě 4 °C  a mohou v ní žít ryby a rostliny.

Tepelná kapacita

Další anomální vlastností vody je její vysoká tepelná kapacita. Proto je ke zvýšení její teploty třeba přidat velké množství tepla. Tato vlastnost činí z vody výborný tepelný rezervoár v našem těle i na celé naší planetě. Je to také dobrá bariéra proti náhlým teplotním výkyvům, což zajišťuje stabilitu, která umožnila vývoj života. Tyto vlastnosti umožňují vodíkové vazby mezi molekulami vody. Každá molekula může vytvořit až čtyři takové vazby a pět molekul vytvoří velmi stabilní čtyřstěn.

Otazníky okolo pohybu

Síť vazeb rovněž přispívá k podivnému způsobu, jakým se voda pohybuje. U většiny kapalin se částice pohybují pomaleji, když se stávají hustšími. V případě vody to ale neplatí. Při její vyšší hustotě nebo při vyšším tlaku se molekuly pohybují rychleji. Je to něco podobného, jako kdybyste se v hustém davu pohybovali volněji. Když je voda uzavřena uvnitř uhlíkových nanotrubiček, molekuly vytvářejí jedinou proudící linii v centru, což jim umožňuje tisíckrát rychlejší pohyb. Uvedený fenomén se podařilo prokázat v roce 2011. (Superrychlý průtok vody v nanotrubičkách je předmětem dalšího výzkumu autorky tohoto článku.) Tento mechanismus příroda využívá již dlouho. Biologické kanály, například „aquaporiny“ (aquaporins) v buněčných membránách jsou úzké póry; ty umožňují rychlý průtok vody jako v nanouhlíkových trubičkách. Takové biologické nanotrubičky využívají játra či ledviny k odsolování tělesných tekutin a činí tak energeticky velmi účinným způsobem. Otázkou je, zda by bylo možné tento odsolovací proces využít i mimo tělo.

Šestina lidí nemá dostatek pitné vody

Problém s vodou je o to závažnější, že voda neslouží jen k pití, ale je jí třeba i k výrobě potravin. Asi 70 % vody se používá v zemědělství a asi 10 % v domácnostech.

Do roku 2025 se má počet obyvatel Země zvýšit o jednu miliardu, a pokud se nic nepodnikne v  zásobování vodou, pak budou dvě třetiny obyvatel Země  mít kritický nedostatek vody. Abychom tomu zabránili, je třeba podniknout opatření ke zlepšení infrastruktury v distribuci vody. To ale závisí na dostupnosti pitné vody. Jedinou cestou k velkému zvýšení dodávek čisté vody je odsolování vody mořské.

Odsolování mořské vody

Nejběžnějšími metodami odsolování je jednak destilace, jednak reverzní osmóza, kdy se slaná voda vede přes membránu nepropustnou pro sůl. Uvedené metody poskytují dnes čistou vodu pro 300 milionů lidí, a i když jsou efektivní, jsou pro mnohé rozvojové země příliš drahé. A zde by mohla pomoci již zmíněná obdivuhodná vlastnost vody – rychlejší proudění v nanotrubičkách.

Výzkum se dnes zabývá minimálně třemi metodami odsolování. V praxi se již používá reverzní osmóza kombinovaná s membránou s aquapóry ; ta sníží náklady. Jiná metoda předpokládá vytvoření souborů hustě uspořádaných nanotrubiček, které propustí jen molekuly vody a nikoliv sůl, což urychlí průtok vody. Tato metoda je již předmětem zkoušek před komercializací technologie. Třetí metoda kombinuje destilaci, reverzní osmózu a superrychlý průtok vody uhlíkovými nanotrubičkami, kde se ale místo vody používá vodní pára. Předpokládá to ovšem, že se podaří vyrábět nanotrubičky a aquapóry lacině a ve velkém.

(Marcia Barbosa: Tapping the incredible weirdness of water. New Scientist, 2015, č. 3015, s. 26-27.)