Одной из ключевых задач XXI века станет обеспечение растущего населения Земли надежными источниками чистой воды. В 1990 году около 24 % жителей планеты не имели постоянного доступа к безопасным источникам питьевой воды²⁴¹. Благодаря достижениям в области строительства и новым технологиям это число сократилось примерно до 10 %²⁴². Тем не менее водоснабжение остается одной из самых острых проблем. По данным Института показателей и оценки состояния здоровья, в 2019 году от желудочно-кишечных инфекций, связанных с употреблением зараженной кишечными бактериями воды, умерло 1,5 миллиона человек, в том числе 500 000 детей²⁴³. Наиболее опасными из этих заболеваний являются холера, дизентерия и брюшной тиф, которые представляют наибольшую угрозу для детей.

Основная проблема заключается в том, что на многих заселенных территориях до сих пор отсутствует необходимая инфраструктура для сбора, очистки и доставки пресной воды в дома, где люди могли бы пользоваться ей для питья, приготовления пищи, стирки и купания. Сооружение водопроводных сетей с колодцами, насосами, акведуками и трубами – это очень затратное дело. Правительства развивающихся стран не могут позволить себе такие проекты. К тому же политические сложности вплоть до гражданских войн также не способствуют реализации долгосрочных инфраструктурных инициатив. Из-за этого централизованные водопроводные и очистительные системы, подобные тем, что работают в развитых странах, не смогут обеспечить потребности оставшихся 10 % населения. Альтернативой становятся технологии, позволяющие получать очищенную воду в масштабах жилых комплексов или даже отдельных домохозяйств.

В целом в 2020-х годах и в будущем стремление к децентрализации станет двигателем прогресса во многих областях, в частности включая добычу энергии с помощью солнечных панелей, выращивание продуктов питания с использованием технологий вертикального сельского хозяйства и производство повседневных товаров путем 3D-печати. В сфере водоочистки существует несколько подходов: от машин размером с дом, таких как Janicki Omni Processor, которые могут обеспечить водой целый поселок, до портативных фильтрующих систем наподобие LifeStraw, предназначенных для индивидуального использования²⁴⁴.

Некоторые очистные системы используют тепловую энергию, которую можно получить от солнца или в результате сжигания топлива, для кипячения воды перед ее употреблением. Кипячение убивает болезнетворные бактерии, но не решает проблему других загрязнений. Кроме того, вода может быть повторно заражена, если ее не употребить сразу после кипячения. Добавление антибактериальных химикатов в воду помогает предотвратить повторное заражение, однако и этот метод не избавляет от токсичных веществ. В последние годы на рынке появились портативные очистители, в которых используется электричество для получения озона из кислорода в воздухе. Проходя через воду, озон эффективно уничтожает патогенные организмы²⁴⁵. В других устройствах для достижения той же цели применяется ультрафиолетовое излучение. Однако все эти способы не позволяют избавиться от химических загрязнений.

Еще один метод – фильтрация. Уже много лет существуют фильтры, которые эффективно удаляют из воды почти все микроорганизмы и токсины. Однако есть опасные вирусы, которые настолько малы, что могут проникать через поры фильтров²⁴⁶. Молекулы некоторых вредных веществ также не задерживаются фильтрационными элементами²⁴⁷. В последние годы ученые разрабатывают новые материалы, способные блокировать все более мелкие загрязнения. Фильтры, созданные в будущем с помощью нанотехнологий, будут отличаться высокой пропускной способностью, оставаясь относительно недорогими.

Одним из наиболее многообещающих изобретений стала система под названием Slingshot, разработанная Дином Кейменом (род. в 1951)²⁴⁸. Устройство представляет собой компактный аппарат, по размеру сравнимый с небольшим холодильником, и позволяет получать полностью очищенную воду, соответствующую стандартам для инъекционных растворов, из любых источников, включая даже канализационные стоки и грязные болота. Для работы устройству требуется менее одного киловатта электроэнергии. В основе его работы лежит парокомпрессионная дистилляция, при которой вода сначала превращается в пар, не содержащий загрязнений. Это позволяет обойтись без использования фильтров. В устройстве применяется легко приспосабливаемый к различным условиям двигатель Стирлинга, который способен преобразовывать в электричество тепловую энергию любого происхождения, в том числе тепло от сжигания навоза²⁴⁹.