آشنایی با فناوری‌های نوین مقابله با بحران آب

به گزارش مجله خبری نگار/ایمنا، در چشم‌انداز خشک و تشنه‌ی کره‌ی زمین، جایی که هر قطره آب به مثابه طلا و هر موج دریا، چون نسخه‌ای از بهشت جلوه می‌کند، فناوری پا به عرصه گذاشته تا از دل بیابان‌های سوزان و شهر‌های پرجمعیت و تشنه، آب زلال و شیرین فراهم آورد. بگذارید سفری هیجان‌انگیز داشته باشیم؛ سفری که در آن لوله‌ها نجواکنان قصه‌ی نجات را بازگو می‌کنند، غشا‌ها با جادوی خودپاک‌سازی ستایش می‌شوند و کشاورزان با پهپاد‌ها رقص قطره‌ها را هماهنگ می‌کنند، البته در این میان نباید فراموش کنیم که یک یا دو شوخی هم لابه‌لای این روایت بیندازیم؛ چون به قول معروف، آب که باشی، تشنه می‌مانی، ولی اگر هم خنده وسطش باشد، حداقل کمتر عطش موضوع را سنگین می‌کند!

در سرزمین‌های کم‌آب خاورمیانه و سواحل آفریقا، روزگاری پروژه‌های عظیم شیرین‌سازی آب (Desalination) به مثابه هیولایی بودند که علاوه بر هزینه سرسام‌آور، CO₂ زیادی هم به هوا تزریق می‌کردند، اما حالا قصه فرق کرده است! تصور کنید یک کارخانه در آگادیر مراکش روزانه ۲۷۵٬۰۰۰ مترمکعب آب تولید می‌کند و برای تأمین انرژی‌اش نه از سوخت‌های فسیلی، که از خورشید و باد بهره می‌برد. اینجا خبری از منگول‌ها نیست، بلکه پنل‌های خورشیدی لخت‌لخت نشسته‌اند و توربین‌های بادی همچون غول‌های مهربان می‌چرخند تا آب شور به آب شیرین بدل شود.

شاید بپرسید «این که خیلی خوبه، ولی هزینه‌ش چطوره؟» خب، هزینه اولیه هنوز بالا است، ولی وقتی خورشید و باد رایگان باشند، کم‌کم سوددهی هم با خنده دست می‌دهد! این مدل در کشور‌های خلیج‌فارس هم در حال گسترش است؛ به عنوان نمونه در اردن پروژه‌ای با هدف تولید بیش از ۸۵۰٬۰۰۰ مترمکعب در روز در دست اجرا است که تا ۲۰۲۶ یا ۲۰۲۷ تکمیل می‌شود و سالانه ۷۲۴ گیگاوات‌ساعت انرژی خورشیدی مصرف خواهد کرد. کارشناسان می‌گویند دیگر زمان آن رسیده که شیرین‌سازی آب تنها محدود به آزمایشگاه نباشد، بلکه در سبد اقتصادی شهر‌ها هم جا بگیرد، اگر بگویم غشا‌های مدرن خودپاک‌شونده، قهرمانان مخفی ماجرا هستند، اغراق نکرده‌ام؛ در «نیویورک» (پایتخت مشترک آب‌درمانی و برج‌سازی)، پژوهشگران غشا‌هایی ساختند که با کریستال‌های حرارتی پاسخ‌گو، رسوب‌ها را به‌طور خودکار پاک می‌کنند. نتیجه؟ جریان آب تا ۵۰ درصد افزایش یافته و کیفیت آن حتی پس از چند چرخه آزمایش، تغییری نکرده است.

این غشا‌ها که به اسم «Hybrid Dynamic» شناخته می‌شوند، با دریافت مقدار کمی گرما یا شست‌وشوی گرم، همچون ماشین ظرفشویی وچودر خودرو به کار می‌افتند و بدون کوچک‌ترین مواد شیمیایی اضافی، رسوب‌ها را از بین می‌برند؛ البته اگر غشای شما هم روزی خسته شد، می‌توانید بهش بگوید «بیا قهوه بخوریم تا رفع خستگی کنی!»

بحران آب و فناوری‌های نوین

شهره بنی‌اسد، پژوهش‌گر حوزه آب و فناوری در گفت‌و‌گو با خبرنگار ایمنا اظهارکرد: پلاسمای سرد به حالت خاصی از ماده اشاره دارد که در آن گاز به دما‌های پایین‌تر از دمای پلاسمای گرم وجود دارد، اما هنوز یونیزه شده است، این حالت به‌وسیله میدان‌های الکتریکی یا حرارتی ایجاد می‌شود. در این فرایند، الکترون‌ها از اتم‌ها جدا شده و ذرات فعال نظیر یون‌ها و رادیکال‌های آزاد تولید می‌شود.

وی افزود: این ذرات فعال می‌توانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها را به‌طور مؤثر غیرفعال کنند. به‌عنوان نمونه، تحقیقات نشان داده‌اند که پلاسمای سرد قادر است بیش از ۹۹.۹% از باکتری‌های موجود در آب را در عرض چند دقیقه نابود کند، یکی دیگر از ویژگی‌های جالب پلاسمای سرد این است که می‌تواند به‌صورت هم‌زمان چندین نوع آلودگی را از بین ببرد. به‌عنوان نمونه، علاوه‌بر میکروارگانیسم‌ها، می‌تواند مواد شیمیایی مضر و بوی نامطبوع را نیز حذف کند، این امر به‌ویژه در تصفیه آب‌های آلوده به پاتوژن‌های خطرناک و مواد شیمیایی سمی بسیار ارزشمند است.

پژوهشگر حوزه آب و فناوری با اشاره به اینکه یکی از بزرگ‌ترین مزایای این فناوری، نیاز نداشتن به مواد شیمیایی است، در روش‌های سنتی همچون استفاده از کلر، محصولات جانبی مضر می‌توانند به‌وجود بیایند که ممکن است حتی بر سلامت انسان‌ها تأثیر بگذارند، بیان می‌کند: در تصفیه آب با پلاسمای سرد، به‌دلیل استفاده نکردن از مواد شیمیایی، می‌توانیم به آب پاک‌تری دست پیدا کنیم. علاوه‌بر این، پلاسمای سرد به‌سرعت می‌تواند باکتری‌ها و ویروس‌ها را نابود کند، که این ویژگی در مواقع اضطراری بسیار حیاتی است، باید اشاره کنم که پلاسمای سرد قابلیت بسیار بالایی در نابود کردن میکروارگانیسم‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک دارد و این ویژگی می‌تواند به‌ویژه در شرایطی که آلودگی آب به‌دلیل ظهور پاتوژن‌های جدید و مقاوم افزایش یافته، اهمیت زیادی پیدا کند که در واقع، استفاده از این فناوری می‌تواند به مقابله با بحران‌های بهداشتی ناشی از آلودگی آب کمک کند.

یک شوخی کوچک: دفعه‌ی بعدی که دیدید کشاورزی با موبایل بازی می‌کند، نپرسید «شبیه کدوم بازیه؟»، چون ممکنه بگن «Farmville!» و شما هم شاخک‌هاتون جمع می‌شه!

بنی اسد گفت: از طرف دیگر، غشا‌های Janus با الهام از گکو (آن موجود جیبی بامزه و مهاجم به حشرات!) جریان و عبور بخار را تا ۳۷ کیلوگرم بر متر مربع در ساعت افزایش می‌دهند و بیش از ۹۹.۹ درصد نمک را حذف می‌کنند. یعنی واقعاً کارشان بی‌نقص است، در هند سازمان تحقیق و توسعه دفاع (DRDO) هم دست به کار شده و غشای پلیمری چندلایه با حفره‌های نانویی تولید کرده که در فشار بالای آب دریا، آب را شیرین می‌کند، این ابتکار، نشانه‌ای از توان فنی بومی است؛ انگار آب دریا به حرف آمده و می‌گوید «هی! بذار منم یک جوری کار کنم که همه دوست داشته باشند!»

وی ادامه داد: زمانی که قطره‌ها به مزرعه می‌رسند، دیگر نباید یک قطره هم هدر برود. کشاورزی هوشمند آمده تا با حسگر‌های رطوبت خاک، الگوریتم‌های یادگیری عمیق (Deep Learning)، پهپاد‌های تصویربردار و زیرساخت اینترنت اشیا، هر قطره را به موقع و به اندازه مصرف کند. حسگر‌های نصب‌شده در خاک، میزان رطوبت را لحظه‌ای اندازه‌می‌گیرند و داده‌ها را به سرور مرکزی می‌فرستند. آن‌جا برای هر گیاه یک مدل LSTM یا الگوریتم تقویت یادگیری (Reinforcement Learning) اجرا می‌شود تا بگوید «الان چقدر آب می‌خواهم؟». بعد پهپاد می‌آید و نقاط خشک را تشخیص می‌دهد و بوق بوق‌کنان (که البته صدای بوقش برای ما زیاد خوش‌آیند نیست) لوله‌های قطره‌ای را باز می‌کند تا آب مستقیم به ریشه برسد.

از فاضلاب تا نوشیدنی لوکس

اصطلاح Direct Potable Reuse (DPR) شاید در ابتدا تلخ و ناخوشایند به نظر برسد؛ «می‌خوایم پساب رو تبدیل کنیم به آب آشامیدنی؟»، اما وقتی ببینید که شهر‌هایی همچون سن‌دیگو و دنور با سیستم‌های پیشرفته غشایی و اکسیداسیون قوی، آب را با کیفیت برابری با آب شهری تولید می‌کنند، در نظرتان شیرینی آن عجیب خواهد شد.

مدل‌های محلی نیز در مقیاس کوچک همچون «Sewer Mining» یا سیستم‌های تصفیه در محل پارک‌ها و محلات، نشان داده‌اند که برای مصارف غیرشرب (آبیاری فضا‌های سبز یا شست‌وشوی خیابان‌ها) هم می‌توان از پساب استفاده کرد. در بولیوی، یک برج ۱۲ طبقه با سیستم AQUAKIT تا ۳۰۰ هزار لیتر در ماه آب خاکستری بازیابی می‌کند، نهاد‌هایی همچون FAO و WEF هم چارچوب‌هایی همچون «One Water» ارائه کرده‌اند تا مدیریت یکپارچه آب شرب، باران و فاضلاب تبدیل به یک چرخه بسته شهری شود و اتلاف به حداقل برسد، انگار که آب خانه‌به‌خانه گردش می‌کند و هیچکی سراغ جای دیگری نمی‌رود!

بیایید باور کنیم که حتی در بیابان خشک‌ترین نقطه‌ی دنیا هم، آب هست (تنها به شکل بخار در هوا). دستگاه‌های Atmospheric Water Generators (AWG) با خنک‌سازی یا فناوری خورشیدی، آن بخار را می‌گیرند و به آب تبدیل می‌کنند؛ یکی از پیشرفته‌ترین نمونه‌ها، IBTS Greenhouse است: سیستمی معماری‌شده که با مصرف انرژی حدود ۰.۴۵ کیلووات‌ساعت بر مترمکعب آب عمل می‌کند؛ یعنی بسیار بهینه‌تر از بسیاری از شیرین‌کننده‌های خلیجی. این فناوری نه‌تنها آب تولید می‌کند، بلکه هیچ نمکی را در محیط رها نمی‌کند؛ همچنین «Cristel Passive Solar Desalination» طراحی شده تا با جریان طبیعی گرما و تبخیر مداوم، راندمان حدود ۳۲ درصد در تولید آب خالص داشته باشد، و این راندمان را برای بیش از هفت روز مداوم حفظ می‌کند. شبیه یک پنجره‌ی خورشیدی است که هوا را به چشمه آب تبدیل می‌کند.

یک شوخی: وقتی مردم می‌پرسند «چطور در بیابان آب پیدا کنیم؟»، می‌توانید با لبخند بگویید «کافیه به گوشه‌ای بنشینی و منتظر آشپزهامون باش!»

تا سال ۲۰۲۵، صنعت جهانی شیرین‌سازی آب (Desalination) پیش‌بینی می‌شود که تا ۲۰ میلیارد دلار رشد کند، اما اگر چالش‌های انرژی و شورزدایی برن شوری (Brine Management) حل نشود، این پول بزرگ تنها به ایجاد زباله‌های شور بیشتر منجر خواهد شد.

در سوی دیگر دنیا، پروژه‌های «Deep-Sea Desalination» در نروژ و کالیفرنیا در حال آزمایش هستند که با استفاده از فشار طبیعی آب‌های ژرف، مصرف انرژی را تا ۴۰ درصد کاهش می‌دهند و خطرات زیست‌محیطی را نیز کمینه می‌کنند. اگر دولت‌ها، سرمایه‌گذاران و پژوهشگران دست در دست هم دهند، این فناوری‌ها می‌توانند از پروژه‌های کوچک به تأسیس کارخانه‌های ملی و منطقه‌ای تبدیل شوند، یک نکته مهم این است که بازار آب، برخلاف بازار نفت، مرز‌های جغرافیایی را نمی‌شناسد؛ هر کشور و هر شهر در معرض کمبود آب است؛ پس سرمایه‌گذاری در فناوری‌های پایدار شیرین‌سازی و بازچرخانی نه‌تنها یک انتخاب اقتصادی، بلکه یک انتخاب امنیتی-زیست‌محیطی است.

وقتی فناوری و اراده با هم هم‌خوانی می‌کنند

یکی از واقعیت‌های شگفت‌انگیز این است که همه‌ی این فناوری‌ها (از غشا‌های خودپاک‌شونده تا کشاورزی هوشمند و برداشت آب از هوا) هم‌اکنون در حال پیاده‌سازی هستند. هر کدام نقطه‌ی امیدی هستند در دل بحران آب، تصور کنید فردا صبح از خواب بیدار می‌شوید، دستتان را زیر شیر آب می‌برید و آبی می‌چکد که از خورشید و باد و الگوریتم‌های هوش مصنوعی ساخته شده است؛ این آب، داستان همکاری میان ملت‌ها، شرکت‌ها و پژوهشگران است. در مزارع، کشاورزان با پهپاد‌ها و موبایل‌هایشان رقص قطره‌ها را هماهنگ می‌کنند؛ در شهرها، پساب به چرخه‌ی آب شرب می‌پیوندد؛ در بیابان‌ها، مه و رطوبت هوا همچون نویدبخشی به انسان‌ها فرصت دوباره داده است، اگر روزی دیدید که کودکان درس جغرافیا را به جای نقشه‌های رودخانه و دریا، با کد‌های مرکزی آب هوشمند و غشا‌های نانویی می‌خوانند، بدانید که دنیا به مرحله‌ی جدیدی از امنیت آبی رسیده است؛ مرحله‌ای که فناوری و اراده دست در دست هم داده‌اند تا بحران آب را تبدیل به قصه‌ای شاد کنند، تنها کافی است اراده کنیم و سرمایه‌گذاری کنیم، چون آینده‌ی پرآب، نه یک رؤیای دور، که انتخابی ممکن است.