Туркменские изобретатели борются с проблемой нехватки воды

Декабрь 2020 г.

Р.А. Карлиев, юрист по вопросам ИС, Ашхабат, Туркменистан

Вода покрывает более 70 процентов поверхности Земли, однако пресная вода, необходимая для ведения сельского хозяйства, работы промышленности и оказания коммунальных услуг, составляет лишь малую часть водных ресурсов планеты. Именно поэтому необходимо изобретать новые способы рационального использования имеющихся пресноводных ресурсов и искать новые источники пресной воды.

В условиях засушливого климата Туркменистана инновационные водосберегающие технологии имеют огромное значение для увеличения сельскохозяйственного потенциала страны. (Фото: Dusan Popovic / iStock / Getty Images Plus)

В таких странах, как Туркменистан, где значительную часть территории занимают засушливые районы, развитию сельского хозяйства препятствуют высокая степень засоленности почв и острая нехватка пресной воды. Засоленные почвы непригодны для выращивания большинства сельскохозяйственных культур. Высокая степень засоленности может послужить причиной низкой урожайности или даже неурожая. Нехватка пресной воды также сдерживает усилия по введению новых земель в сельскохозяйственный оборот. В Туркменистане для ведения сельского хозяйства задействовано всего 11,5 процента территории. И лишь при максимально эффективном использовании водных ресурсов площадь культивируемых земель можно будет довести до 20 процентов территории страны.

До 80 процентов орошаемых земель страны характеризуется залеганием соленых грунтовых вод вблизи поверхности — на глубине от одного до двух метров. На этой глубине происходит очень быстрое засаливание почвы. Вода через почвенные капилляры поднимается на поверхность земли и испаряется, а соль остается на поверхности земли и в почве. Это приводит к ухудшению плодородия почвы.

В Туркменистане для ведения сельского хозяйства задействовано всего 11,5 процента территории.

Кроме того, засоленность почвы создает благоприятные условия для любящих влажную среду сорняков, насекомых и других вредителей. В Туркменистане эти проблемы усугубляются землетрясениями, которые происходят довольно часто. Пытаясь преодолеть эти трудности, туркменские изобретатели создают различные гениальные решения для снижения уровня грунтовых вод, рассоления почвы и использования альтернативных источников пресной воды.

Экономически эффективный инструмент для рассоления почвы

Изобретатели Геннадий Галифанов и Виктор Вавилов заметили, что из-за избытка соли в глиняных кирпичах, используемых в строительстве домов, на зданиях образуется некрасивый налет, который называется высолом и который затрудняет поддержание стен здания в надлежащем состоянии. Аналогичный процесс происходит и в почве выше уровня залегания соленых грунтовых вод.

Высолы в пустыне Каракум (Туркменистан). Высокий уровень засоленности почвы создает значительные проблемы для сельского хозяйства в Туркменистане, оказывая существенное влияние на плодородие почвы и урожайность. (Фото: Arterra Picture Library / Alamy Stock Photo)

Заинтересовавшись этим процессом, Геннадий Галифанов и Виктор Вавилов нашли способ превратить процесс естественного засоления почвы в инструмент для ее рассоления. При этом они разработали различные технические устройства для удаления солей из почвы и одновременного сбора воды для орошения посредством конденсации. Технология, разработанная 30 лет назад, в 1988–1989 гг., была защищена авторскими свидетельствами СССР № 1547789, № 1634641, № 1638110, № 1654261, № 1761681, которые в то время имели такую же юридическую силу, что и патент.

Об авторских свидетельствах

Авторские свидетельства существовали в советский период. Эти свидетельства имели такую же юридическую силу, что и патент. В отличие от патентов, изобретения, защищенные авторскими свидетельствами, являлись собственностью государства и могли использоваться кем угодно без разрешения автора. Изобретатель или автор получал небольшую долю годового дохода от изобретения.

В отличие от традиционных способов рассоления почвы, эти устройства обеспечивают экономически эффективное решение для удаления остатков удобрений и пестицидов из поверхностных вод. Затраты на процесс рассоления в 80 раз ниже, чем при использовании традиционных способов, а сбор воды для орошения обходится в 5 раз дешевле по сравнению с традиционными способами. Кроме того, этот процесс позволяет собрать до 13 тонн сухих солей и получить до 800 кубических метров пресной воды с гектара.

Различные экспериментальные проекты продемонстрировали огромный потенциал данных изобретений для рекультивации земель. Технология достаточно проста. На участке земли, где грунтовые воды залегают на глубине от 1,3 до 2 метров, при помощи цепного траншейного экскаватора через каждые 10–20 метров делают углубления (шириной от 20 до 30 сантиметров и глубиной от 1 до 1,7 метра). Поверхность между углублениями покрывают мульчей для уменьшения испарения поверхностной влаги. При использовании этой технологии влага движется вертикально через почвенные капилляры и испаряется, достигая поверхности, где скапливаются соли, практически не содержащие примесей.

О нашей планете и воде

Знаете ли вы, что:

  • в одном кубическом километре облака содержится около 2000 тонн воды;
  • ежегодно с поверхности земли испаряется 520 тыс. кубических километров воды и столько же воды выпадает в виде осадков. Это сопоставимо с объемом Черного моря (492,6 тыс. кубических километров воды);
  • содержание влаги в атмосфере меняется 40 раз в год или в среднем каждые 9 дней;
  • 70 процентов всей влаги в атмосфере находится в пределах первых 3,5 километров от земной поверхности, а первые 5 километров атмосферы содержат 90 процентов всего водяного пара.

Источник: «Мир воды», Владимир Дерпгольц

Способ рассоления почвы, показанный на рисунке 1, дал толчок для создания ряда других технологий, позволяющих получать из соленой воды как пресную воду, так и сухие соли. В отличие от традиционных установок по обессоливанию, при использовании этих технологий не образуются никакие вредные для окружающей среды побочные продукты. Устройства, в основе которых лежат эти технологии, работают на солнечной энергии и могут производить около 2000 литров пресной воды в год на квадратный метр почвы. Такая производительность более чем в два раза превышает показатели традиционных установок.

Девяносто девять процентов корневой биомассы сельскохозяйственных культур находится в почве на глубине от 60 до 120 сантиметров, и именно с этой глубины растения извлекают влагу и питательные вещества для роста.

Кроме того, стоимость этих технологий значительно ниже стоимости традиционных установок. Эти технологии могут использоваться как на стационарных станциях, так и на мобильных установках и позволяют производить обработку воды при любой концентрации солей и получать сухие соли для использования в химической промышленности. К сожалению, до настоящего времени изобретатели не смогли обеспечить инвестиции, необходимые для коммерциализации их изобретений в Туркменистане или других странах.

Технологии для оптимального использования пресноводных ресурсов

Инновационные технологии орошения,
способствующие повышению эффективности
использования водных ресурсов, имеют ключевое
значение для вовлечения в оборот новых земель
в Туркменистане.
(Фото: предоставлено Р. А. Карлиевым)

Девяносто девять процентов корневой биомассы сельскохозяйственных культур находится в почве на глубине от 60 до 120 сантиметров, и именно с этой глубины растения извлекают влагу и питательные вещества для роста. Из этого следует, что для буйного роста культур вода из оросительных систем должна проникать в почву на эту глубину. Проникновение воды ниже этого уровня может привести к вымыванию из почвы питательных веществ и напрасной трате пресной воды.

Чтобы решить эту проблему, Геннадий Галифанов и Виктор Вавилов разработали ряд специальных устройств — сигнализаторов полива — для обеспечения оптимального роста культур и минимизации потерь воды при использовании оросительных систем. Когда корневой слой достаточно увлажнен, устройство подает оператору сигнал прекратить полив. Когда влажность почвы падает до критического уровня, устройство сигнализирует о необходимости начать полив снова. Весь процесс периодически повторяется по мере роста культур. Это гениальное устройство сводит на нет потери воды и питательных веществ за пределами корневой зоны и снижает нагрузку на дренажные системы.

Избыток воды отводится за пределы орошаемой территории по системе труб, проложенных на глубине от 2 до 2,5 метров и образующих закрытую дренажную систему. В качестве альтернативы можно использовать открытую дренажную систему из водоотводных канав глубиной от 3 до 4 метров. Вода, просачивающаяся через корневой слой, отводится по закрытой дренажной системе в сеть открытых дренажных канав, а затем по сети более крупных дренажных каналов (коллекторов) сбрасывается в естественные или искусственные водоемы (или углубления). Поскольку такие дренажные системы препятствуют затоплению и засолению орошаемых земель, они позволяют более рационально использовать пресноводные ресурсы и повысить эффективность сельского хозяйства благодаря более оптимальному применению удобрений и пестицидов.

Эти устройства успешно прошли испытания на хлопковых полях Туркменистана и охраняются в различных странах региона рядом авторских свидетельств и патентов, а именно авторскими свидетельствами № 1680019, № 1681772, № 1743480, № 1757533, № 1787373, № 1804751; патентом Российской Федерации № 2050117; и евразийским патентом № 027647.

Снижение потерь воды на фильтрацию в оросительных каналах

Рисунок 1. В отличие от традиционных способов рассоления
почвы, это экологичное устройство и другие изобретения
Геннадия Галифанова и Виктора Вавилова обеспечивают
экономически эффективные решения для удаления остатков
удобрений и пестицидов из поверхностных вод.

В оросительных каналах, проложенных в песчаных почвах и облицованных бетонными плитами, потери пресной воды на фильтрацию составляют до 35 процентов. Слабым местом в таких системах являются стыки между бетонными плитами. Из-за перепадов температур уплотнитель между стыками часто теряет свои свойства и разрушается, в результате чего в каналах существенно увеличиваются потери воды на фильтрацию.

Для решения этой проблемы Геннадий Галифанов, Лариса Шабанова и Ата Аннаниязов вместе с другими изобретателями разработали решения для обеспечения герметичности стыков, способные выдерживать воздействие температуры и биологических факторов. В очередной раз изобретатели обеспечили охрану своего новаторского решения путем регистрации прав ИС в виде авторских свидетельств и патентов, а именно авторских свидетельств № 1541339, № 1708933, № 1715941, № 1715942, № 1723236, № 1728339, № 1730340 и № 1788130, а также патентов Российской Федерации № 2012707, № 2029821 и № 2031194.

За исключением евразийского патента № 027647, все вышеуказанные права ИС являются общественным достоянием. Подробное описание технических решений доступно в Интернете. Кроме того, изобретатели по запросу могут предоставить копии авторских свидетельств и патентных документов.

В оросительных каналах, проложенных в песчаных почвах и облицованных бетонными плитами, потери пресной воды на фильтрацию составляют до 35 процентов.

Изобретатели хотят, чтобы их технические решения использовались на благо общества. Они надеются, что другие осознают ценность их достижений и создадут на их основе новые патентоспособные технологии, способные еще больше повысить эффективность, в том числе с точки зрения затрат, использования пресноводных ресурсов в Центральной и Восточной Европе и за ее пределами.

К сожалению, по независящим от них причинам изобретатели так и не смогли вывести свои экономические эффективные и экологичные решения за рамки успешных экспериментов, и они с радостью рассмотрят предложения о возможном коммерческом сотрудничестве. Движимые желанием помочь улучшить экологическое состояние орошаемых земель в засушливых районах, они готовы поделиться своими знаниями, опытом и рекомендациями относительно практического внедрения этих экологичных водосберегающих решений.

Ирландский драматург Джордж Бернард Шоу однажды сказал: «Если у вас есть яблоко, у меня есть яблоко и мы обменяемся этими яблоками, то у каждого из нас будет по одному яблоку. А если у вас есть идея, у меня есть идея и мы обменяемся этими идеями, то у каждого из нас будет по две идеи». В этом и заключается ценность идей, и именно поэтому мы должны поощрять обмен идеями между учеными, изобретателями и политиками — чтобы проложить путь к новым технологическим достижениям.

Наша способность извлекать влагу из атмосферы еще находится в зачаточном состоянии. Однако находчивость изобретателей и ученых, а также условия, способствующие их деятельности и коммерциализации их творений, позволят разработать эффективные и недорогие решения для снижения остроты проблемы нехватки воды или даже для ее ликвидации и найти другие экологичные способы использования огромных природных ресурсов.

«Журнал ВОИС» призван помочь читателям улучшить свое понимание интеллектуальной собственности и деятельности ВОИС и не является официальным документом ВОИС. Используемые в этой публикации обозначения и представляемые материалы никоим образом не выражают мнение ВОИС относительно правового статуса каких бы то ни было стран, территорий или районов или их органов власти или относительно делимитации их границ. Данная публикация не преследует цели отразить точку зрения государств-членов или Секретариата ВОИС. Упоминание в публикации конкретных компаний или продуктов определенных производителей не означает, что ВОИС их поддерживает или рекомендует или отдает им предпочтение перед другими аналогичными компаниями и продуктами, которые в материалах не упомянуты.