Хотя при помощи обычных методов очистки воды удаляется большая часть загрязняющих веществ, для удаления некоторых токсичных примесей порой требуется использовать более эффективные специализированные методы. Для многих тяжелых металлов не удалось найти подходящие нанокатализаторы, поэтому ученые сосредоточили свои усилия на методах их адсорбции, например, при помощи полимеров или наночастиц.
Мышьяк является одним из наиболее распространенных загрязняющих воду веществ. Этот ядовитый химический элемент может реагировать с кислородом, хлором, серой, углеродом, водородом, свинцом, золотом и железом, а потому присутствует во многих горных породах и минералах. Присутствие мышьяка в природе объясняется его участием в естественных геологических и искусственных промышленных процессах, сельскохозяйственной деятельности и т.п.
Мышьяк пагубно действует на пищеварительную систему человека и ухудшает доставку кислорода в клетки. Симптомами отравления мышьяком являются нарушение сердечной деятельности, ускоренное сердцебиение, бледность, сильные желудочные боли, рвота и расстройство сознания. Это отравление часто вызывает увеличение мочевого пузыря и рак прямой кишки.
В связи с тем, что мышьяк представляет собой большую опасность для здоровья человека, EPA ужесточила стандарты для его предельного содержания в питьевой воде до 10 ‰. В глобальном масштабе угроза отравления мышьяком является очень серьезной проблемой. В Бангладеш, Индии, Мексике, Чили, Аргентине, Тайване и Таиланде от 10 до 40% населения страдают от отравления мышьяком, находящемся в питьевой воде. Хотя загрязнение питьевой воды повышенным содержанием мышьяка обычно характерно для стран третьего мира, многие системы водоснабжения в США содержат мышьяк в большей концентрации, чем 10 ‰. Поэтому разработка и применение новых технологий очистки воды от таких опасных металлов, как, например, мышьяк, имеет огромное значение для здравоохранения.
Нанотехнологии в энергетике
Большая часть проблем загрязнения окружающей среды связана с используемой энергией, которая генерируется за счет сжигания ископаемых ресурсов (угля, нефти и газа), древесины или продуктов жизнедеятельности человека и домашних животных. Это сжигание приводит к возрастанию в атмосфере концентрации углекислого газа, сажи и других загрязняющих веществ, которые приводят к отравлению атмосферы и глобальному потеплению.
Причиной множества болезней является загрязнение питьевой воды. Если бы у человечества было достаточно энергии для очистки воды, уровень заболеваний можно было бы существенно снизить.
Проблема Тераватта
Этот термин образно описывает проблемы современной энергетики. В пересчете на нефть человечество ежедневно потребляет более 210 млн баррелей нефти, из которых около трети приходится на саму нефть, а остальная часть - на уголь, газ, ядерное топливо, биомассу и гидроресурсы. За исключением гидроресурсов основная часть топлива - это невозобновляемые источники энергии. Благосостояние в XX в. было связано с потреблением нефти. Что же станет основой энергетики в XXI в.?
По самым скромным оценкам, в 2050 г. человечеству потребуется вдвое больше энергии, чем сегодня (а если учесть некоторые дополнительные факторы, то даже вчетверо). Это значит, что ежегодно будет тратиться 10-15 тераватт.
Тераватт - это миллион миллионов ватт (то есть 1012 ватт), что приблизительно соответствует миллиону баррелей нефти.
В настоящее время нет никаких возможностей для удовлетворения столь высоких потребностей человечества. Потребление нефти, газа и угля составит лишь малую долю от общего потребления энергии. Для удовлетворения повышенного спроса потребуется использовать новые источники энергии на основе ядерного распада и синтеза, гидроэнергетики и новых возобновляемых источников энергии. Сможет ли человечество овладеть этими новыми источниками в ближайшие десятилетия?
Эффективность
По мнению Эймори Ловинс (Amory Lovins) из Института Роки Маунтэйн (США), решить энергетические проблемы можно с помощью повышения эффективности производства и использования новых материалов. Например, если делать автомобили из композитов, то их масса уменьшится, и потребление энергии снизится. Такие автомобили могли бы дать до 69% экономии потребляемого топлива.
Использование более прочных композитных материалов также позволило бы создавать конструктивно иные грузовики и микроавтобусы и получить экономию топлива до 65%.
Компании Boeing и Airbus достигли заметного прогресса в применении новых материалов. Например, новый самолет Boeing 787 Dreamliner спроектирован на основе композитных материалов, позволяющих более эффективно использовать топливо.
Нельзя ли приостановить рост потребления энергии и удовлетвориться текущими потребностями? Большинство экспертов считают, что даже при современном уровне потребления ископаемых ресурсов человечеству надолго не хватит имеющихся запасов биомассы, чтобы прокормиться и отопить свои жилища.