ندا اظهری، مترجم: این سال‌ها که بارندگی‌ها در سطح کشور به پایین‌ترین حد خود رسیده، چالش آب و دسترسی به منابع آبی به‌خوبی لمس می‌شود. قطعی گاه‌به‌گاه آب به دلیل کمبود این مایع حیات و نیز نداشتن نیروی برق کافی برای تأمین آب مورد نیاز، کشور را دچار مشکلات جدی کرده است. در این بین، فناوری می‌تواند به مصرف بهینه و صرفه‌جویی آب و نیز راه‌های فناورانه برای مدیریت مصرف آب کمک کند. فناوری نانو از جمله قابلیت‌های بالقوه در کشور است که از سال‌ها پیش در حوزه‌های مختلفی از جمله آب و محیط زیست هم کار کرده و مدتی است که به فراخور شرایط کنونی، مأموریت‌های ویژه‌ای را طبق نیاز کشور، طراحی کرده‌اند تا هر کدام از این مأموریت‌ها بتوانند باری از دوش مدیران عرصه فناوری بردارند. 

دستاورد‌های فناوری نانو در یک نگاه
فناوری نانو یک دانش میان‌رشته‌ای نوظهور است که به منظور ایجاد رفاه بیشتر برای انسان‌ها شکل گرفته است. این فناوری در حال نفوذ به محصولات تجاری موجود در بازار‌های جهانی به‌ویژه در صنعت محیط زیست است. گروه‌های تحقیقاتی، مقامات، سازمان‌ها و تولیدکنندگان در سراسر جهان تلاش می‌کنند از مزایای فناوری نانو پیشرفته برای بهبود طیف گسترده‌ای از سیستم‌های مدیریت منابع از تصفیه آب گرفته تا حفاظت از محیط زیست استفاده کنند. آمریکا، چین، کره‌جنوبی، آلمان، کانادا، هلند، سوئد، تایوان، استرالیا و مالزی فعال‌ترین کشور‌ها در ترویج فناوری نانو در بخش صنعت محیط زیستند. 
کاربرد‌های بالقوه فناوری نانو در این زمینه شامل نوآوری در روش‌های کارآمد برای پاکسازی آب‌های سطحی و زیرزمینی آلوده، تأمین آب آشامیدنی ضدعفونی‌شده از آب دریا، تولید سیستم‌های آبیاری مقرون‌به‌صرفه، تجزیه آلاینده‌های آلی مضر برای محیط زیست، حذف ترکیبات آلی فرار مانند اکسید‌های نیتروژن و گوگرد از هوا در دمای اتاق و پاکسازی خاک و رسوبات است. «بانک اطلاعات محصولات فناوری نانو جهان» NPD شامل داده‌هایی در مورد 560 نانومحصول مرتبط با محیط زیست از 50 نوع مختلف است. این محصولات توسط 249 شرکت به بازار‌های جهانی معرفی می‌شوند که دفتر مرکزی آن‌ها در 34 کشور مختلف واقع شده است. این محصولات به بخش‌های زیرصنعتی تصفیه هوا، تصفیه خاک و آب و فاضلاب طبقه‌بندی می‌شوند. 
بخش زیرصنعتی تصفیه هوا شامل محصولاتی مانند فیلتر‌ها، فیلتر‌های هوای ورودی توربین، واسطه‌های تصفیه هوا، پیش فیلتر‌های توربین گازی، فیلتر‌های هوای لوکوموتیو، تصفیه‌کننده‌ها، حسگر‌ها، تهویه مطبوع، کاتالیزور‌ها، رطوبت‌ساز‌ها، کیسه‌های جمع‌آوری گرد و غبار، کارتریج‌های جمع‌آوری گرد و غبار و جوراب‌ها می‌شود که برای بهبود کیفیت هوا و حذف مؤثر آلاینده‌های موجود در هوا استفاده می‌شوند. بخش تصفیه خاک شامل محصولاتی مانند تثبیت‌کننده‌های خاک و نانورس مایع است که برای کاهش غلظت آلاینده‌ها در خاک به منظور کمک به رشد پوشش گیاهی و بهبود کیفیت هوا و آب‌های زیرزمینی به کار ‌می‌روند. 
به همین ترتیب انواع مختلفی از محصولات تولید و به بازار‌های جهانی معرفی می‌شوند تا با کمک رفع آلودگی و تصفیه فاضلاب شهری و صنعتی آب سالم را در اختیار مردم قرار دهند. برخی از این نمونه‌ها عبارتند از: غشا‌ها، فیلتر‌ها، تصفیه‌کننده‌ها، واحد‌های نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس، سیستم تصفیه آب، واسطه‌های تصفیه آب، یونیزه‌کننده‌ها، آب‌سردکن‌ها، دستگاه‌های پخش آب، سیستم‌های دیونیزاسیون خازنی، سیستم‌های هیدراتاسیون سیار، لخته‌ساز‌ها، سورفکتانت‌ها (مواد فعال سطحی)، افزودنی‌ها، سیستم‌های شست‌وشوی فیلتراسیون، ماژول‌های فیلتراسیون، ظروف فیلتراسیون، الکترود‌های تصفیه آب و حذف‌کننده‌های سنگ‌آهک. 
این حوزه‌های کاربردی از خواص مقیاس‌پذیر وابسته به اندازه نانومواد مانند مساحت سطح بالا، خواص کاتالیزوری بهبودیافته، انحلال سریع و جذب قوی نشأت می‌گیرند. مواد نانوساختار متعددی در چنین فرایند‌های تصفیه‌ای به کار گرفته می‌شوند که نویدبخش‌ترین آن‌ها نانولوله‌های کربنی، مشتقات فولرن، نانوکامپوزیت‌های نقره-سیکلودکسترین، زئولیت‌ها، غشا‌های نانوفیلتراسیون، دی‌اکسید تیتانیوم فوتوکاتالیستی و نانوذرات اکسید سیلیکون عامل‌دارشده به منظور حذف فلزات سنگین، مواد شیمیایی آلی، بقایای گیاهی زیست تخریب‌پذیر، عوامل بیماری‌زا، ذرات، رسوبات، پساب‌های شیمیایی، ذرات باردار، جلبک‌ها، بو و گرد و غبارند. در میان طیف متنوع نانومحصولات صنعت محیط زیست که به بازار معرفی شده‌اند غشا‌ها بیشترین حجم تولید را دارند که شامل غشا‌های سرامیکی پوشش‌داده‌شده با نانوذرات زئولیتی و کاتالیزوری، غشا‌های نانوکامپوزیتی هیبریدی معدنی-آلی و غشا‌های الهام‌گرفته از طبیعت مانند غشا‌های بیومیمتیک هیبریدی پروتئین-پلیمر، غشا‌های نانولوله هم‌راستا و غشا‌های کوپلیمر بلوکی مزومتخلخل هستند. 

آمریکا در صدر محصولات نانویی آب و پساب 
به گزارش statnano، در حوزه فناوری‌های نانویی مرتبط با آب و پساب، 409 محصول توسط 196 شرکت از 30 کشور تولید شده‌اند. در بررسی تعداد محصولات زیرمجموعه‌های صنعتی آب و پساب براساس کشور، آمریکا با 189 محصول صنعتی در حوزه آب و پساب با اختلاف زیادی در رده نخست قرار گرفته است. پس از آن، چین با 34 محصول در رده دوم و آلمان با 26 محصول صنعتی رده سوم را از آن خود کرده‌اند. پس از آن هم کانادا با 22 و هلند با 19 محصول در رده‌های بعدی جای گرفته‌اند. از نظر کاربرد محصولات حوزه آب و پساب و آب آشامیدنی در زیرمجموعه‌های مختلف صنعتی نیز، 38 محصول در حوزه تصفیه آب و پساب و 6 محصول در حوزه آب آشامیدنی تولید شده است. در رده‌بندی این پایگاه رسمی نانویی، ایران تنها با 3 محصول در حوزه آب و پساب حضور دارد. این درحالی است که در گزارش اجرایی سند ملی توسعه علوم و فناوری نانوی ایران که در ماه‌های گذشته منتشر شد، محصولات متعددی در حوزه آب و پساب وجود دارد و در قالب مأموریت‌های ویژه فناوری‌های متعددی از نانو در این حوزه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. 

حمایت مالی 53 میلیاردی از پروژه‌های مأموریت‌گرا

در آخرین گزارش اجرای سند ملی توسعه علوم و فناوری نانو در ایران که از سوی ستاد فناوری‌های نانو و میکرو منتشر شده، در کنار پرداختن به مأمورریت‌هایی که به حوزه آب و محیط زیست مربوط می‌شود، به بیان سیاست‌های هدفمند یا مأموریت‌گرا با تمرکز بر مسائل راهبردی و چالش‌های اولویت‌دار از پژوهش و فناوری‌های خاص می‌پردازد. درواقع، سیاست‌های مأموریت‌گرا بیانگر نسل جدیدی از سیاست‌های نوآورانه است و در واکنش به نیازمندی‌های دنیای امروز ایجاد شده‌اند. مأموریت ویژه حوزه آب و محیط زیست با 19 پروژه مأموریت‌گرا، سهم 25 درصدی از کل پروژه‌های مأموریت‌گرای حوزه فناوری نانو را به خود اختصاص داده است. به نظر می‌رسد تعداد پروژه‌های مرتبط با مأموریت حوزه آب و محیط زیست در سال 1403 در مقایسه با سال قبل از آن تا 73 درصد افزایش نشان می‌دهد. از مجموع 53 میلیارد و 500 میلیون تومانی که صرف حمایت از پروژه‌های مأموریت‌گرا در سال 1403 شده، حوزه آب و پساب سهم 17 درصدی را از این حمایت‌ها دریافت کرده است. 

صادرات 400 هزار دلاری 9 شرکت آب و محیط زیست

با توجه به اینکه صنعت عمران و ساختمان بیش از یک‌سوم کل بازار محصولات فناوری نانوی ایران را در سال 1402 به خود اختصاص داده، رقمی بالغ بر 21 هزار و 400 میلیارد تومان را کسب کرده است. در تقسیم‌بندی برترین صنایعی که از فناوری نانو استفاده می‌کنند، صنعت آب و محیط زیست تنها یک درصد از کل بازار محصولات نانویی ایران را از آن خود کرده است. طبق آمار سال 1403، حدود 9 شرکت در حوزه آب و محیط زیست فعالیت می‌کنند که حجم صادراتی آن‌ها چیزی حدود 400 هزار دلار را شامل می‌شود. 

کاهش 40 درصدی مصرف انرژی با نانوحباب

از منظر اثرگذاری فناوری نانو در بهبود کیفیت زندگی و اثرگذاری اجتماعی، بهره‌مندی از فناوری‌های نانو در حوزه آب در قالب فناوری نانوحباب، در بازه سال‌های 1402- 1400 باعث افزایش 12 درصدی برداشت محصولات گلخانه‌ای شده که این مهم، با کمک فناوری نانوحباب امکان‌پذیر شده است. همچنین با توجه به اینکه فناوری نانوحباب در حوزه پرورش ماهی هم می‌تواند مؤثر واقع شود، افزایش صددرصدی تولید ماهی پرورشی را به دنبال داشته باشد که ارزشی یک میلیون دلاری را به همراه داشته است. بهره‌گیری از فناوری‌های نانویی در حوزه آب و پساب و کمک به تسهیل فرایند‌های تصفیه‌ای، تا 40 درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرده و کاهش 20 درصدی هزینه تأمین تجهیزات تصفیه پساب و تأمین آب آشامیدنی سالم را با مصرف انرژی و موادشیمیایی کمتر به دنبال تولید و به کارگیری تجهیزات تولیدکننده نانوحباب در کشور در سال‌های 1402- 1400 ایجاد کرده است. فناوری نانوحباب طی این سه سال حجم فروشی بالغ بر 160 میلیارد تومان را به ثبت رساند. بهره‌مندی از فناوری نانوحباب منجر به ارتقای حوزه کشاورزی و تأمین غذا و نیز کمک به کاهش مشکل ناترازی انرژی در کشور شده است. 

کاهش 80 درصدی سرمایه‌گذاری در آبزی‌پروری

از نظر قابلیت‌های اقتصادی، در صورتی که تمام گلخانه‌های کشور به این فناوری مجهز شوند، این فناوری نانویی باعث کاهش هزینه 94 درصدی در سرمایه‌گذاری برای افزایش 12 درصدی محصولات کشاورزی آب کشت می‌شود. علاوه بر این، با تجهیز تمام استخر‌های پرورش ماهی کشور به فناوری نانوحباب، کاهش 80 درصدی در سرمایه‌گذاری به منظور افزایش صددرصدی تراکم محصولات آبزی امکان‌پذیر می‌شود. تا پایان سال 1402 بیش از 100 هکتار گلخانه هیدروپونیک صیفی‌جات در کشور به سامانه نانوحباب مجهز شدند که افزایش 12 درصدی برداشت محصولات گلخانه‌ای و نیز افزایش 25 تا 30 درصدی ارزش غذایی محصولات را به دنبال داشت. با توجه به اینکه هر هکتار گلخانه هیدروپونیک 200 تن محصول می‌دهد، این برداشت محصول با کمک فناوری نانوحباب به 2400 تن افزایش می‌یابد که معادل یک میلیارد و 80 هزار دلار صادرات این محصولات برآورد شده بود. بهره‌مندی از فناوری نانوحباب در استخر‌های پرورش ماهی در کشور با بهبود کیفیت آب و توزیع یکنواخت اکسیژن و به دنبال آن کاهش تلفات، موجب افزایش دوبرابری تراکم آبزی‌پروری می‌شود. تا پایان سال 1403، قریب به 10 استخر پرورش ماهی با ظرفیت هزار تن ماهی در سال به فناوری نانوحباب تجهیز شدند که باعث شد حجم تولید ماهی‌های پرورشی به 500 تن افزایش یابد که درمجموع، ارزش مالی این بخش در سال گذشته حدود 700 هزار دلار برآورد شد. سالانه محصولات آبزی در 25 هزار مزرعه پرورش آبزیان در کشور حدود 500 هزار تن را دربرمی گیرد که اگر تمام این مزارع به سامانه نانوحباب مجهز شوند، با افزایش صددرصدی محصول، تولید در مزارع پرورش آبزیان به یک میلیون تن خواهد رسید. در حالت معمول برای دو برابر کردن محصولات آبزی در مزارع به 167 هزار میلیارد دلار سرمایه نیاز است که با کمک فناوری نانوحباب، این رقم با کاهش 20 درصدی تنها به 32 هزار میلیارد تومان خواهد رسید. 

تأمین آب آشامیدنی سالم در نقاط مختلف کشور

تأمین آب آشامیدنی سالم یکی دیگر از قابلیت‌های فناوری نانوحباب است. حذف بوی نامطبوع از آب سد الغدیر شهرستان ساوه؛ کاهش 50 درصدی مصرف برق تصفیه‌خانه قیطریه تهران و افزایش 20 درصدی ظرفیت تصفیه‌خانه به کمک فناوری نانوحباب؛ و نیز تصفیه آب آشامیدنی شهر 90 هزار نفری گلپایگان با فناوری نانوحباب از جمله نمونه‌های بهره‌گیری از فناوری نانوحباب در کشور است. 

کاهش آلاینده‌های پساب و مصرف انرژی

در زمینه تصفیه پساب‌ها، شرکت آوا پروتئین به منظور تصفیه فاضلاب با ظرفیت 300 مترمکعب در روز با کاهش 50 درصدی در مصرف انرژی روبه‌رو شده است. کاهش 30 درصدی مصرف کلر در تصفیه‌خانه فاضلاب شهر تاکستان در استان قزوین هم نمونه مشابه دیگر در استفاده از فناوری نانوحباب است. تصفیه فاضلاب شهرک صنعتی یزد هم به تازگی به این فناوری مجهز شده که توانسته صرفه‌جویی 50 درصدی در مصرف برق را به همراه داشته باشد. به طور کلی، با توجه به 256 تصفیه‌خانه‌ای که در کشور حضور دارند و 120 مگاوات حجم برق مصرفی آن‌ها می‌شود، استفاده از نانوحباب می‌تواند با صرفه‌جویی 50 مگاواتی، هزینه تأمین برق را نیز بین هزار میلیارد تا 1200 میلیارد تومان کاهش دهد که درنتیجه کاهش 550 تا 750 میلیارد تومانی سرمایه‌گذاری را به دنبال خواهد داشت. 

مأموریت‌های سه‌گانۀ آب و محیط زیست

در حوزه صنعتی آب و محیط زیست، سه مأموریت ویژه شامل آب و پساب، آلودگی هوا و محیط زیست دریایی مورد توجه ستاد فناوری نانو و میکرو قرار گرفته است. برای پیشبرد این مأموریت ویژه که نیاز اصلی کشور در سال‌های اخیر است، دستگاه‌های اجرایی متعددی مداخله کرده و هر کدام، بسته به جایگاه و وظیفه‌ای که بر عهده گرفته‌اند، عمل می‌کنند تا این مأموریت به درستی انجام شود. در ساختار سیاست‌گذاری مأموریت‌گرا برای پیشبرد پروژه‌های حوزه آب و محیط زیست در سال 1403، حدود 13 شرکت، 4 مؤسسه پژوهشی دولتی و نیز 7 دانشگاه و مؤسسه آموزش عالی در این مأموریت نقش‌آفرینی کرده‌اند. 

مأموریت اول: آب و پساب

نخستین مأموریتی که در اولویت محققان قرار دارد، آب و پساب و تأمین آب آشامیدنی و کشاورزی سالم و تصفیه پساب‌های خانگی و صنعتی با استفاده از فناوری‌های نانو است. منابع تجدیدپذیر از جمله حیاتی‌ترین منابعی هستند که طبق آمار، کل حجم آب تجدیدپذیر کشور در سال 1402 چیزی حدود 103.1 میلیارد مترمکعب اعلام شده که نسبت به سال قبل از آن، کاهش 27 میلیارد مترمکعبی را نشان می‌دهد و همین مسئله کافی است تا بحران آب به عنوان یک چالش هم در کشور و هم در دنیا مورد توجه قرار گیرد. اهمیت این حوزه تا جایی است که سازمان ملل متحد، ششمین هدف از اهداف توسعه پایدار را روی حوزه آب و محیط زیست متمرکز کرده است. در کشور ما فناوری‌های مختلفی مرتبط با آب و محیط زیست تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند مانند فناوری‌های نانوغشا، نانوحباب در تصفیه آب، نانوجاذب‌ها در برداشت آب آشامیدنی و نانوپوشش‌ها برای کاهش هدررفت آب. 

در مأموریت ویژه اول، 19 پروژه تعریف شده است که 5 پروژه با موضوعیت نانوغشاهاست. در زمینه نانوذارت، نانوجاذب‌ها، نانوپوشش و نانوکامپوزیت سرامیکی تنها یک پروژه؛ دو پروژه در حوزه نانوحسگر‌ها؛ 8 پروژه هم برای نانوحباب تعریف شده است. از نمونه پروژه‌ها در این بخش می‌توان به «ساخت روتور سرامیکی نانوکامپوزیتی آلومینایی دستگاه بازیابی انرژی در سامانه‌های آب شیرین‌کن اسمز معکوس» اشاره کرد که در آن، محققان شرکت «آتیه‌پردازان شریف» از فناوری نانوکامپوزیت‌های سرامیکی در ساخت دستگاه آب شیرین‌کن استفاده می‌کنند. قریب به 2 میلیارد تومان حمایت از آن صورت گرفته است. نمونه دیگر، شامل پروژه «تحقیق و توسعه ماژول غشایی الترافیلتراسیون تحت فشار» است که در آن، شرکت «آوین پویان پالاآب» با بهره‌مندی از فناوری نانوغشا، تصفیه پساب را انجام می‌دهد. این پروژه مشمول دریافت حمایت 3 میلیارد تومانی شده است. نمونه دیگر هم شامل پروژه «طراحی و ساخت دستگاه آنالایزر آنلاین COD آب و پساب در محیط‌های صنعتی دارای قابلیت تفکیک موج در ابعاد نانومتری» متعلق به شرکت «بلورآزمکا سنجش نور» است که با استفاده از نانوحسگر، در پایش میزان آلاینده‌های آب و پساب به کار می‌رود. این پروژه از حمایت یک میلیارد و 300 میلیون تومانی برخوردار شده است. 

مأموریت دوم: آلودگی هوا

دومین مأموریتی که در حوزه آب و محیط زیست مورد توجه قرار گرفته، توسعه راهکار‌های بومی کاهش آلودگی هوا مبتنی بر فناوری نانو است. تهران در سال گذشته تنها 10 روز هوای پاک داشت و همین یک مورد کافی است تا اهمیت توجه به آلایندگی هوا بیش از پیش مشخص شود. از آنجا که میانگین سالانه غلظت ذرات معلق در 10 شهر پرجمعیت ایران بالاتر از مقدار استاندارد سازمان بهداشت جهانی است، حل معضل آلودگی کلان شهر‌ها جزء اولویت‌های ستاد فناوری نانو قرار گرفته است. بر این اساس، 11 پروژه برای این منظور تعریف شده که دو مورد با فناوری‌های نانوجاذب، نانوپوشش، نانوذرات و یک مورد با فناوری‌های نانوالیاف، نانوساختار، نانومواد (چهارچوب آلی- فلزی)، نانومواد از نوع گرافن انجام می‌شوند. به عنوان نمونه پروژه‌هایی که برای مقابله با آلودگی هوا تعریف شده می‌توان به پروژه «ساخت آند و کاتد‌های با پوشش نانوساختار در تولید هیدروژن به روش الکترولیز آب» ساخت شرکت آتیه‌پردازان شریف اشاره کرد که با بهره‌مندی از فناوری نانوپوشش به تولید هیدروژن می‌پردازد که حمایت 1.5 میلیارد تومانی دریافت کرده است. نمونه دیگر هم شامل پروژه «ساخت دستگاه الکتروریسی پیشرفته (دارای ماژول کنترل رطوبت، منبع ولتاژ منفی متصل به کالکتور دور بالا و دوربین) و تولید فیلتر هوای هپا مبتنی بر نانوالیاف» است که در آن، شرکت فناوران نانومقیاس با بهره‌گیری از فناوری نانوالیاف در فیلتر هوای «هپا» استفاده کرده و از حمایت مالی یک میلیارد و 136 میلیون تومانی بهره‌مند شده‌اند. 

مأموریت سوم: محیط زیست دریایی

سومین مأموریتی که در حوزه آب و محیط زیست از سوی ستاد نانو تعریف شده، ارتقای سلامت محیط زیست دریایی در مقابل آلاینده‌های ناشی از کشتی‌هاست. در کنوانسیون سازمان بین‌المللی دریانوردی (IMO) که در سال 2020 مشخص شد، حد مجاز برای گوگرد موجود در سوخت تمام کشتی‌هایی تعیین شد که در آب‌های بین‌المللی تردد می‌کنند، به طوری که این حد مجاز باید از 3.5 درصد به 0.5 درصد وزنی کاهش یابد. همین محدودیت، کشتیرانی و شرکت ملی نفت کش کشور را به دلیل استفاده از سوخت مازوت با گوگرد بالا (3.5 درصد) دچار مشکل کرد. از این رو، یک پروژه موسوم به «گوگردزدایی از سوخت کشتی با استفاده از نانوجاذب‌ها» در راستای حل مشکل بالا بودن گوگرد در سوخت کشتی‌ها تعریف شد که قرار است به واسطه بهره‌مندی از فناوری نانوجاذب‌ها و با همت شرکت «پیشگام یزد صنعت فرس» پروژه گوگردزدایی از سوخت کشتی انجام شود.