Бочки победили перегонку на парусных кораблях

Вокруг океан, а пить нечего: эта ситуация знакома любому, кто читал морские романы. Распространённое мнение гласит, что в эпоху парусников никто не догадывался опреснять воду. На деле идея была известна давно, её пробовали на кораблях, а в 1772 году британский парламент даже выплатил награду изобретателю такого аппарата. И всё же главным способом оставались деревянные бочки.

Фото: levork, CC BY-SA 2.0, Flickr. Бочки в трюме парусного корабля, по подписи автора, HMS Victory; в таких бочках хранили воду, солонину, горох или пиво

Сколько воды нужно было экипажу

Чтобы понять масштаб, достаточно одного реального примера. Американский фрегат «Конститьюшен» в декабре 1813 года вышел в море, имея 485 человек экипажа и расчёт на плавание не менее шести месяцев. На борт приняли 47 265 американских галлонов воды, то есть около 179 тысяч литров. Если разделить это количество на людей и дни, выйдет примерно два литра на человека в сутки, причём в расчёте участвовала вся вода: и питьевая, и для готовки. Это арифметическая оценка, а не запись из судового журнала.

Воду хранили в бочках, которые укладывали в трюме под остальными припасами, от кормы к носу, всегда пробкой вверх. Нечто подобное показано на фото к статье. Для линейного корабля «Виктори», при полном комплекте имевшего около 850 человек экипажа, запас воды, пива и провизии на много месяцев занимал значительную часть трюма и заметно увеличивал осадку.

Главная проблема заключалась в качестве. Пресная вода в бочках загнивала: до появления современной гигиены, водопровода и дезинфекции хранить её свежей надолго не удавалось. Поэтому на корабли грузили много пива, чей алкоголь выполнял роль консерванта, а ежедневно выдавали грог, смесь рома и воды. Ромовая порция в британском флоте сохранялась вплоть до 1970 года.

Почему нельзя просто пить морскую воду

Идея выглядит очевидной: океан под килем, надо только убрать соль. Но в морской воде примерно 35 граммов солей на литр, и пить её нельзя, поскольку организму приходится тратить больше воды на выведение соли, чем он получает. Единственный доступный тогда способ отделить воду от соли заключался в кипячении и охлаждении пара, то есть в перегонке.

Принцип знали очень давно. Аристотель в «Метеорологии» отмечал, что пар морской воды после конденсации даёт пресную воду. В Средние века перегонку применяли в небольших масштабах, главным образом на море. Леонардо да Винчи предлагал приспособить перегонный куб к кухонной печи, чтобы повысить его эффективность. Английский мореход Ричард Хокинс, как сообщается, снабжал свою команду водой, перегоняя морскую воду на борту.

Главное препятствие состояло в энергии. На испарение одного килограмма воды нужно примерно 2,26 мегаджоуля, а ещё необходимо нагреть её почти до кипения. Простая оценка показывает, что для 850 человек при двух литрах в сутки требуется около 1700 литров воды и, в идеальном случае без потерь, около 300 килограммов дров в день. Реальные котлы теряли много тепла, поэтому топлива уходило заметно больше. Для корабля, где запас дров и угля тоже ограничен, это серьёзная цена.

Попытки опреснять в море

Патенты на устройства для получения пресной воды в море выдавали уже в XVII веке: Уильям Уолкот получил его в 1675 году, а Роберт Фицджеральд с компаньонами в 1683 году. Ни одно из изобретений не получило распространения из-за сложностей с масштабированием. В 1717 году француз Готье из Нанта предложил аппарат, который, как выяснилось, плохо работал на качке. В 1763 году Пуассонье добавил к такому аппарату противоточный водяной конденсатор.

Перелом связывают с хирургом Чарльзом Ирвингом. В 1770 году он предложил свой метод Королевскому флоту, а в январе 1771 года, будучи младшим хирургом на «Арроганте», показал установку Адмиралтейству на рейде Спитхед. Ричард Уотсон проверил две бутылки с пробами и нашёл, что вода «не вполне свободна от солёных частиц», но вряд ли вредна. Заключение подписал и Джеймс Линд, предложивший сходный метод раньше. 11 мая 1772 года парламент выделил Ирвингу 5000 фунтов стерлингов.

Аппарат испытали в реальном плавании. В 1773 году на экспедиции Фиппса к Северному полюсу он работал на борту, а обслуживал его Олауда Эквиано; корабли дошли до 80°48′ северной широты, пока не остановились во льдах. Затем установки поставили на оба судна второй экспедиции Джеймса Кука, «Резолюшн» и «Адвенчер», где Иоганн Рейнгольд Форстер проверял их работу. Джозеф Пристли, как сообщается, попробовал перегнанную воду на обеде и нашёл её сладкой, но менее живой на вкус, чем ключевая.

Иначе говоря, жажду аппарат утолял, но по вкусу перегнанная вода уступала родниковой.

Печь вместо отдельной установки

Позже перегонку попробовали встроить в корабельную кухню. Печь Броуди, появившаяся около 1780 года, имела конденсатор над кипятильными сосудами, но это было побочным элементом приготовления пищи. По данным энциклопедии, «Виктори» получил в камбузе перегонное устройство в 1805 году. Печь Ламба и Николсона 1810 года проектировали как перегонный аппарат не меньше, чем как плиту.

Использовали такие установки далеко не повсеместно. У ранних опреснителей была низкая производительность, и не всегда они давали питьевую воду. Перегонные аппараты ставили в основном на крупные военные корабли и на исследовательские суда, потому что большим экипажам требовалось больше воды, чем можно было вместить в трюм. Торговые суда с небольшими командами обходились запасами в бочках. Поэтому парусный флот так и не отказался от привычной схемы: бочки, пиво, пайки воды и заходы в порты за пополнением.

Паровая эра изменила расчёт

Настоящий поворот наступил, когда на кораблях появился пар. Паровые машины, развитие термодинамики и спрос на чистую воду для котлов подтолкнули инженеров к многоступенчатым испарителям, которые использовали тепло повторно. В 1852 году Альфонс Рене Ле Мир де Норманди запатентовал вертикально-трубчатый аппарат, который из-за простоты получил широкое распространение, особенно на море. Первые установки с отдельным кипячением морской воды появились около 1867 года, а двойные дистилляторы, дававшие и воду для котлов, и питьевую, около 1884 года.

Потребности выросли очень быстро. Крупный военный корабль на полном ходу мог нуждаться примерно в 100 тоннах пресной воды в сутки. Здесь расчёт менялся: котлы всё равно работали, и часть пара можно было направить на опреснение. Так что парусники не были наивнее паровых судов: у них просто не было дешёвого источника тепла.

Если свести всё воедино, на вопрос о дистилляции в век паруса есть три честных ответа. Перегонка применялась, но у неё были низкая отдача и высокая стоимость тепла. Бочки с водой и пивом были проверенным, хоть и далёким от идеала способом. А настоящая революция началась только с приходом паровых котлов и многоступенчатых испарителей.