Масштабы нехватки пресной воды в ряде регионов огромны. Чтобы преодолеть её, используется опреснение. Например, в Индии функционирует опреснительная установка годовой мощностью в 36,5 млн м³, однако по сравнению с потребностями это капля в море: использование пресной воды в Индии составляет более 600 км³ в год, почти в 20 тыс. раз больше.

Сдерживает массовое развитие опреснения морской воды стоимость процесса. Обратный осмос — самая эффективная из имеющихся сегодня технологий — даёт себестоимость получаемой пресной воды в $6–7 за кубометр. Очевидно, что если бы Индия удовлетворяла свои потребности такой водой хотя бы на 1/6, её экономика в современном виде приказала бы долго жить.

Исследование, проведённое в Массачусетском технологическом институте (США), даёт надежду на частичное решение этой проблемы. Моделирование показало, что применение для обратного осмоса мембран из нанопористого графена должно радикально повысить их осмотическую способность при тех же энергозатратах, что и на нынешних установках обратного осмоса.

Видеосимуляция работы предложенных мембран (зелёные и розовые сферы соответствуют натрию и хлоридам):

Графеновая мембрана будет представлять собой слой материалов в один атом толщиной, сквозь который молекулы воды будут проходить легче, чем через значительно более толстые обычные мембраны.

Нанопористый графен изображён в виде тонкого зелёного слоя в середине, солёная вода — справа, пресная — слева. (Здесь и ниже иллюстрации David Cohen-Tanugi, Jeffrey C. Grossman.)

В построенной компьютерной модели рассматривалась мембрана, в которой нанопоры (в диаметре примерно равные атому) проделаны пучками ионов гелия. Изучались варианты с диаметром пор от 1,5 до 62 Å, пассивированные (защищённые) атомами водорода или гидроксильными группами (без пассивирования чистый углерод графена быстро прореагировал бы с водой). Выяснилось, что гидроксильные группы в силу их высокой гидрофильности будут резко упрощать для молекул воды прохождение через нанопоры.

После опреснения основная часть воды направляется на хозяйственные нужды, а оставшийся высокосолёный концентрат сбрасывается обратно в море.

В расчётах проверялась эффективность опреснения морской воды с содержанием солей в 72 г/л (в два с лишним раза больше средней солёности мировых океанов).

Производительность такой смоделированной мембраны, выраженная в литрах на квадратный сантиметр в день, оказалась необычайно высокой. Если для лучших сегодняшних мембран для обратного осмоса этот показатель составляет десятые доли литра, то для нанопористого графена — 39–66 л, то есть на два порядка больше, и это при том же энергопотреблении и размерах установки.