ندا اظهری، روزنامه‌نگار: یکی از مهم‌ترین چالش‌هایی که در صنایع مختلف در سراسر دنیا وجود دارد، بحث اختلاط گاز در مایعات است. صنایع درحال حاضر از روش‌های مختلفی برای حل این چالش استفاده می‌کنند اما کارایی لازم را ندارند و به دلیل این که انحلال و اختلاط گاز در مایع به‌خوبی صورت نمی‌گرفته و نیز روش‌های مورداستفاده هزینه‌بر بوده و تجهیزات بزرگی داشتند که مصرف انرژی بالایی داشتند، میزان مصرف گاز همیشه بیشتر از حد موردنیاز بوده است اما با توجه به چالشی که وجود دارد، محققان بعد از انجام برخی مطالعات در این زمینه دریافتند فناوری حباب‌های ریز به ویژه نانوحبابها می‌توانند در بحث اختلاط گاز در مایعات بسیار کمک‌کننده باشند. این نانوحبابها در صنایع مختلف قابلیت استفاده داشته و راندمان کار را تا حد قابل‌توجهی بالا می‌برند.
عارف دادگستر، مدیرعامل و بنیانگذار شرکت دانش‌بنیان نانوحباب انرژی به همراه همکاران خود از حدود 10 سال پیش به‌عنوان پیشگام در زمینه دانش فنی فناوری نانوگاز، فعالیتی را در حوزه حباب‌های ریز آغاز کرد. آنها با توجه به ویژگی‌هایی که این حباب‌های ریز می‌توانستند در صنایع مختلف ایجاد کنند، به تحقیق و فعالیت در این زمینه علاقه‌مند شدند و اهمیت این حباب‌های ریز به مرور بیشتر شد و یافته‌ها نشان داد هرچه اندازه قطر این حباب‌ها کاهش یابد، به همان میزان، کارایی این حباب‌ها در صنایع مختلف افزایش می‌یابد. دادگستر به «فرهیختگان» می‌گوید: «خوشبختانه ما در ابتدای کار به دانش فنی تولید حباب‌های میکرونی دست یافتیم و در گذر زمان توانستیم به دانش فنی حباب‌های ریز یعنی ریزتر از میکرون که در مقیاس نانو بود، دست پیدا کنیم و در مرحله بعدی، توانستیم به دانش فنی نانوحبابها برسیم. زمانی که حرف از نانوحباب می‌شود، حباب‌هایی مدنظر است که ابعاد آنها زیر 200 نانومتر باشد. درحال حاضر، تجهیزاتی هم وجود دارند که نام نانوحباب را یدک می‌کشند اما حباب‌هایی که تولید می‌کنند در مقیاس میکرون هستند.»
اهمیت و ویژگی نانوحبابها
زمانی که اندازه قطر نانوحبابها کوچک‌تر می‌شود، این نانوحبابها ویژگی‌های منحصربه‌فردی پیدا می‌کنند و کاملا متمایز از حباب‌های معمولی می‌شوند. مدیر این شرکت نانویی درباره خصوصیات این نانوحبابها می‌گوید: «از ویژگی‌های منحصربه‌فرد نانوحبابها می‌توان به اندازه بسیار ریز آنها اشاره کرد که باعث می‌شود مساحت فصل مشترک بین گاز و مایع به‌شدت افزایش پیدا کند که یکی از فاکتورهای مهم اختلاط گاز در مایع است. ویژگی دوم، با توجه به اندازه ریز حباب‌ها، باعث شده شناوری خنثی داشته باشند. زمانی که شناوری خنثی باشد، می‌توانید حباب‌ها را در اعماق مختلف نگه دارید و دیگر به سطح آب نمی‌رسند. گاز را در داخل محیط مایع نگه داشته و باعث افزایش زمان ماندگاری گاز در محیط مایع و درنتیجه افزایش میزان حلالیت می‌شود. از دیگر ویژگی‌های این نانوحبابها می‌توان به این اشاره کرد که فشار داخلی حباب‌ها بسیار بزرگ بوده و این امر به افزایش بیش‌ازحد حلالیت گاز در مایع کمک می‌کند. بالا بودن فشار یکی از فاکتورهای مهم بحث اختلاط گاز در مایعات است و باید این عامل تامین شود تا بتوان گاز را در مایع حل کرد.»
کاربرد در تصفیه آب فاضلاب
او همچنین ادامه می‌دهد: «چالش اختلاط گاز در مایعات در همه صنایع وجود دارد، به‌عنوان مثال در حوزه آب و فاضلاب در مرحله هوادهی، اکسیداسیون، ازون‌زنی برای گندزدایی آب، این عناصر به شکل گاز وارد مایع می‌شوند. اما روش‌های فعلی که به شکل مرسوم مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند به دلیل پایین بودن میزان حلالیت، مصرف انرژی بالا، راندمان پایین و میزان مصرف گاز بسیار بالاتری دارند. ما دوسال پیش پروژه‌ای را در تصفیه‌خانه فاضلاب قیطریه در بحث ارتقای هوادهی رآکتورهای هوادهی تصفیه‌خانه فاضلاب به مرحله اجرا درآوردیم و خوشبختانه نتایج آن مشخص شد و به تاییدیه شرکت مهندسی فاضلاب هم رسید. در این پروژه توانستیم با صرف انرژی بسیار پایین‌تر، راندمان هوادهی را به شکل قابل‌توجهی بهبود دهیم که باعث شد خروجی پساب تصفیه‌خانه از کیفیت استانداردی برخوردار باشد.»
تولید ماهی بیشتر در صنعت پرورش آبزیان
نانوحبابها در صنایع دیگری هم مانند آبزی‌پروری قابلیت استفاده دارند. در این حوزه، اختلاط اکسیژن اهمیت بالایی در آب مزارع پرورش آبزیان دارد.
به گفته دادگستر، یکی از پروژه‌هایی که ما تمرکز زیادی روی آن داشتیم، آبزی‌پروری بود که می‌توانست مشکلات زیادی را مرتفع کند. در این حوزه، روی ماهیان خاویاری و قزل‌آلا کار کردیم و نتایج رضایت‌بخشی را به دست آوردیم. ما با استفاده از فناوری نانوحبابها توانستیم اکسیژن محلول آب را که فاکتور بسیار مهمی در محیط‌های پرورش آبزیان به شمار می‌رود، تامین کنیم و نیز از سوی دیگر، توانستیم میزان آمونیاک را تا حد زیادی کاهش دهیم. زمانی که بتوان کیفیت آب و میزان اکسیژن محلول در آب را به طور همزمان تامین کرد، می‌توان در واحد سطح ماهی بیشتری را پرورش داد که مزایای اقتصادی بسیار خوبی را برای پرورش‌دهنده‌ها داشته باشد.
کشاورزی پررونق با نانوحبابها چگونه امکان‌پذیر است؟
بنیانگذار شرکت دانش‌بنیان «نانوحباب انرژی» در ادامه گفت‌وگو با «فرهیختگان» با اشاره به کاربرد نانوحبابها در صنعت کشاورزی می‌گوید: «ما سال گذشته پروژه‌ای را در حوزه کشاورزی، در یک گلخانه هیدروپونیک در منطقه آزاد ارس آغاز و دستگاهی را در آن نقطه نصب کردیم که خوشبختانه نتایج مثبتی بعد از اتمام دوره کشت به دست آمد. در این پروژه آزمایش‌های مختلفی در بحث میزان تناژ تولیدی، کیفیت محصول و کنترل عوامل بیماری‌زا انجام دادیم. ما موفق شدیم میزان تناژ تولیدی را تا 20 درصد افزایش داده و کیفیت محصول را تا 30درصد بالا ببریم. این کیفیت در بحث صادرات از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. درواقع به‌کارگیری «دستگاه نانواکسیژن و اتوکس» کمک زیادی به بهبود صنایع مختلف و بهبود محصولات می‌کند. این دستگاه نانوحباب‌ساز می‌تواند ارزش غذایی را در تولیدات کشاورزی به طور میانگین بین 25 تا 30 درصد افزایش دهد.
در فضای گلخانه، کیفیت آب و اکسیژن محلول اهمیت بالایی دارد. زمانی که بتوان به طور همزمان هم کیفیت آب آبیاری و هم اکسیژن محلول در این آب را تامین کرد، تاثیر قابل‌توجهی در میزان رشد، کیفیت محصول و جذب موادغذایی که از سیستم ریشه صورت می‌گیرد، داشته باشد. با این فناوری می‌توانیم ساختمان ریشه و اکسیژن را بهبود بخشیم که باعث رشد بهتر میکروب‌های ناحیه ریشه شود و درنهایت منجر به افزایش جذب موادمغذی و کیفیت بهتر محصول شود و کنترل عوامل بیماری‌زای موجود در آب‌های آبیاری هم صورت می‌گیرد. همانطور که گفته شد، در کشت گلخانه‌ای، بهبود کیفیت و اکسیژن محلول می‌تواند تاثیرگذار باشد.»
دادگستر اظهار می‌کند: «این دستگاه نانواکسیژن واتوکس هم برای گوجه‌فرنگی، خیار، کاهو، کلم، توت‌فرنگی، فلفل و بادمجان بهبود کیفیت و ارزش غذایی را به همراه دارد. این دستگاه حتی در گلخانه‌هایی که در کار پرورش گل‌های زینتی فعالیت می‌کنند هم تاثیرگذار خواهد بود.»
آزمایش در مقیاس صنعتی انجام شد
بسیاری از مطالعات در فاز آزمایشی و در شرایط آزمایشگاهی انجام می‌شوند اما در بحث نانوحبابها، محققان این شرکت دانش‌بنیان با دستگاه صنعتی و در مقیاسی کاملا صنعتی به تحقیق پرداخته‌اند. برای اثبات کارایی این تجهیزات، حتی گلخانه انتخاب‌شده هم از نوع صنعتی بوده که نتایج بسیار دقیق‌تر و واقعی‌تری به دست می‌آید. درحال حاضر، گلخانه‌ای که کار تحقیقاتی در آن انجام شد، دستگاه را از این شرکت خریداری کرده و پیشنهادهایی هم برای خرید این دستگاه ارائه شده که انتظار می‌رود به‌زودی شاهد رونق استفاده از نانوحبابها در صنایع مختلف باشیم.
نانوحباب‌هایی با کاربری گلخانه‌ای و کشت سنتی
مدیرعامل این شرکت نانویی می‌گوید: «بیشترین تاثیری که شاهد آن هستیم، بحث کیفیت آب است و زمانی که در گلخانه اثربخشی نشان داده، به طور قطع، می‌تواند در کشت‌های خاکی هم افزایش تولید و کیفیت را داشته باشد و نیز در حوزه خاک می‌تواند به احیای خاک هم کمک کند که فاکتور مهمی به شمار می‌رود. درواقع، این دستگاه نه‌تنها می‌تواند کیفیت موادغذایی گلخانه‌ای را ارتقا دهد، بلکه در بالا بردن کیفیت ارزش غذایی موادی که در مزارع سنتی و خاکی رشد می‌کنند، تاثیر دارد. قیمت این دستگاه بسته به وسعت گلخانه و مزرعه متفاوت است و ابعاد دستگاه نیز بسته به این وسعت، بزرگ و کوچک می‌شود و به‌عبارتی می‌توان گفت این دستگاه بیشتر به طور سفارشی تولید می‌شود. هزینه این دستگاه در سه محدوده قیمتی تعیین شده است.»
در آب‌وفاضلاب، آبزی‌پروری، کشاورزی و صنایع‌غذایی دانش فنی داریم
مدیر این شرکت دانش‌بنیان که رئیس کمیته فنی استاندارد تکنولوژی حباب‌های ریز و نانوحبابها نیز است، ادامه می‌دهد: «درحال حاضر، کشورهای محدودی در دنیا هستند که در این زمینه فعالیت می‌کنند و توانسته‌اند حباب‌هایی تولید کنند که ابعاد قطر آنها زیر 200 نانومتر باشد. ممکن است شرکت‌هایی در سطح دنیا وجود داشته باشند که اصطلاح نانو را روی محصول به کار می‌برند اما خروجی آنها درواقع نانو نیست و طبق استانداردهای نانویی نیست و نمی‌توان اسم دستگاه نانوحباب را روی آن گذاشت. به همین دلیل، در بحث بازار و رقابتی، شرکت‌هایی فعالیت می‌کنند که باید حتما قضیه استاندارد نانویی آن رعایت شود. حباب‌هایی که نانو نباشند در کارایی هم خود را نشان می‌دهند و به درستی عمل نمی‌کنند. به‌عبارتی، حباب 200 با 800 نانومتر بسیار متفاوت است و کاملا اثرات متمایزی را به جا می‌گذارند.» او می‌گوید: «در چهار حوزه آب و فاضلاب، آبزی‌پروری، کشاورزی و صنایع غذایی دانش فنی خاصی به دست آوردیم به این معنا که دستگاهی که در پرورش آبزیان جوابگوست، لزوما همان دستگاه در حوزه آب و فاضلاب هم پاسخگو نخواهد بود و ما این نکات کلیدی را حین تحقیقات و تلاش‌های میدانی و در مقیاس صنعتی به دست آوردیم که مختص شرکت ماست.»
سومین کشور دنیا در حوزه نانوحبابها هستیم
دادگستر در ادامه به «فرهیختگان» می‌گوید: «ما هم درکنار کشورهای صاحب این فناوری می‌توانیم ویژگی‌هایی را که در قالب نانوحباب تعریف می‌شوند، به صنعت ارائه دهیم. آبی که از دستگاه‌ها خارج می‌شود، اگر داخل بطری بریزید و به هم بزنید، باید ابتدا به رنگ شیری درآمده و سپس به حالت عادی درآید و این ساده‌ترین روش ارزیابی خروجی دستگاه‌ها به این شکل است و دیگر نیازی به تجهیزات آزمایشگاهی نیز ندارد. تا چند سال گذشته، ما در دنیا جزء سه کشور دارای این فناوری بودیم و دو، سه سالی است که کره جنوبی هم به این جمع اضافه شده است. درحقیقت، به شکل واقعی تنها چهار کشور دارای فناوری نانوحبابها هستند. خاستگاه این فناوری ژاپن است و در این کشور بالغ بر 10 شرکت حضور دارند که نانوحباب واقعی تولید می‌کنند. کشور دوم، آمریکاست و ایران سومین کشور دنیا در زمینه تولید نانوحباب‌های واقعی است و کره‌جنوبی هم در رده چهارم قرار می‌گیرد. درواقع، کشور ما جزء چهار کشور تولیدکننده نانوحباب‌هاست که دانش فنی این کار را داریم.»
حضور 5 ساله فناوری نانوحباب در کشور
دادگستر عنوان می‌کند: «ما از 10 سال پیش تحقیقات خود را در زمینه نانوحبابها آغاز کردیم و در حدود سال 91 فناوری میکروحباب را به دست آوردیم و پس از آن به میکرونانوحباب‌ها رسیدیم و سپس دستاورد تحقیقاتی ما به دانش فنی تولید نانوحباب رسید و 100 درصد خروجی دستگاه ما نانوحباب بود. تا آن زمان و حتی درحال حاضر هم شرکتی که بتواند نانوحباب‌هایی با این استانداردها تولید کند، وجود نداشته است. عمر این فناوری طولانی نیست و ژاپن حدود 10 تا 15 سالی است که وارد چرخه صنعتی شده و شرکت‌های آمریکایی هم حدود 6، 7 سالی است در این حوزه فعالیت می‌کنند و ما هم نزدیک به 10 سال است روی این حوزه متمرکز هستیم. عمر فناوری خیلی طولانی نیست و در حال توسعه است. ما به دلیل مسائل تحریمی هیچ وارداتی از نظر دستگاه‌های نانوحباب نداشته‌ایم اما از این پس، ایران هم وارد گردونه رقابت‌های جهانی و امر صادرات شده و امید می‌رود بتوانیم در این عرصه موفق ظاهر شویم.»
او اضافه می‌کند: «درحال حاضر هم درخواست‌های خارجی از سوی برخی کشورهای اروپایی داریم. به شکل مستقیم تحریم‌ها تاثیرگذار است اما به شکلی می‌توانیم امر صادرات را به سرانجام برسانیم. در این میان، هدف اصلی ما تمرکز بیشتر روی صنایع داخلی است و پتانسیل بسیار زیادی در داخل کشور برای استفاده از این دستگاه وجود دارد.»
دستگاه داخلی یک‌سوم قیمت خارجی تمام می‌شود
قیمت دستگاه نانوحباب به‌طور تقریبی 50 درصد قیمت‌های مشابه خارجی است و حدود یک‌دوم یا یک‌سوم آنهاست اما با توجه به اهمیت موضوع اختلاط گاز در مایعات که تمام صنایع با آن درگیر هستند، نیاز صنایع وجود دارد و با شناخت و توسعه و ترویج این فناوری، یک یا دو سال آینده استقبال زیادی از این سیستم خواهد شد و صنعت آشنایی بیشتری با این موضوع خواهد داشت و احساس نیاز خود را مطرح می‌کند. این امر به طور قطع، صرفه اقتصادی بالایی را برای کشور به همراه خواهد داشت. زمانی که یک فناوری وجود دارد، تمایل به استفاده از آن افزایش می‌یابد. خارجی بودن این فناوری‌ها، محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند اما چنانچه این نیاز از داخل تامین شود، صرفه اقتصادی بیشتری به دست می‌آید و ارزی که قرار بوده از کشور خارج شود، متوقف می‌شود. دادگستر ادامه می‌دهد: «ما بعد از 10 سال تحقیق و توسعه به امروز رسیدیم که توانستیم در مقیاس صنعتی در سه حوزه حیاتی و موثر در پیشبرد کشور در زمینه‌های آب و امنیت غذایی نقش اساسی فعالیت کنیم. این حوزه‌ها، موضوعات استراتژیکی هستند که ما می‌توانیم نقش مهمی را در ارتقای این دو فاکتور داشته باشیم.»
کاربردهای دیگر نانوحبابها
مدیر این شرکت نانویی به «فرهیختگان» می‌گوید: «نانوحبابها در حوزه‌های دیگری هم کاربرد دارند. در بحث سوخت، پزشکی و هر جایی که نیاز باشد که گازی در داخل مایعی مخلوط شود، می‌توان از این فناوری استفاده کرد که درحال حاضر این حالت در بیشتر صنایع به کار می‌رود. در صنایع غذایی و پیش از بسته‌بندی موادغذایی، محصولات را می‌توان با این فناوری شست‌وشو داد و آنها را عاری از هرگونه میکروب، باکتری‌ها و ویروس‌ها و قارچ‌ها کرد و در مرحله بسته‌بندی نقش مهمی در بحث کیفیت و میزان ماندگاری محصول خواهد داشت. پیش از بسته‌بندی، یک مرحله شست‌وشو وجود دارد که محصولات برای بسته‌بندی باید به عبارتی گندزدایی و عاری از میکروب شوند. با توجه به ویژگی‌هایی که نانوحبابها دارند و در بحث شست‌وشو هم به عمیق‌ترین روزنه‌ها و فضاهای میوه‌ها و سبزیجات و مرغ و گوشت نفوذ کرده و حتی در عمیق‌ترین و پنهانی‌ترین لایه‌ها هم بحث گندزدایی و میکروب‌زدایی را انجام می‌دهد که این باعث افزایش ماندگاری محصول می‌شود.»
نباید مطالعات حوزه نانو کتابخانه‌ای بماند
دادگستر درباره چشم‌اندازه آینده نانو در کشور می‌گوید: «عملکرد ستاد توسعه فناوری نانو و نیز نگاهی که ریاست‌جمهوری و به ویژه معاونت علم و فناوری ریاست‌جمهوری به این موضوع دارد و آمارهایی که نسبت به جایگاه ایران در دنیا وجود دارد، نشان می‌دهد پتانسیل زیادی در داخل کشور وجود دارد و در صورتی که حمایت‌ها به‌گونه‌ای باشد که پتانسیل‌ها فرصت شکوفایی پیدا کنند، در بحث اقتصادی کشور بسیار می‌تواند مثمرثمر باشد. اگر این رویه موجود تقویت شود، محققانی که در حوزه نانو فعالیت می‌کنند، بهتر می‌توانند کار کنند و دستاوردهای علمی خوبی را می‌توان در اختیار داشت اما دغدغه‌ای که وجود دارد، این است که فعالیت‌ها نباید کتابخانه‌ای و آرشیو شود و خاک بخورند و باید این نگاه و هدف وجود داشته باشد که این علم باید به صنعت تزریق شده و این ایده به محصول تبدیل شود.» او ادامه می‌دهد: «در این راستا ارتباط با ستاد نانو کمک زیادی به ما کرده و شرایط را برای ما تسهیل کردند و برخی نیازهای صنعت را برای ما تعریف کردند. اما زمانی که فعالیتی توسط محقق حوزه نانو صورت می‌گیرد، باید هزینه برای فعالیت او پرداخت شود به این معنا که محقق با خیال آسوده و با‌انگیزه و جدیت راهش را ادامه دهد. اما اگر تامین مالی این کارها صورت نگیرد، شتاب لازم برای پیشرفت حاصل نخواهد شد. ما در قالب این شرکت از صفر شروع کردیم و تا اینجای کار پیش رفته‌ایم که طبیعتا در طول مسیر چالش‌هایی را هم پشت‌سر گذاشته‌ایم که مهم‌ترین آنها بحث مالی بوده است که البته ما در بحث عدم‌تامین مالی متوقف نشدیم و به فعالیت خود ادامه دادیم و از منابعی توانستیم مسائل مالی را تامین کنیم. اما بودجه‌های اعطایی برای رشد حوزه نانو لازم است و نمی‌توان کاربردها و اثرات آن را در صنعت نادیده گرفت و دولت می‌تواند سرمایه‌گذاری خوبی را در این حوزه تعریف کند و از سوی دیگر، بازدهی بسیار خوبی را می‌تواند داشته باشد. درحال حاضر، فعالیت‌های خوبی در حوزه نانو درحال انجام است و صنعت هم به مرور درحال اعتمادکردن است و نتایج خوب آن را به لحاظ کیفی و اقتصادی مشاهده می‌کنیم.»