بخشی از مقاله
خلاصه
کاهش روز افزون دسترسی به آب، چه از نظر کیفی و چه از نظر کمی، نشاندهنده یک تهدید جدی برای روند رفاه مردم در سراسر جهان، به ویژه در کشورهای در حال توسعه محسوب میشود و رقابت برای بهدست آوردن آب سالم و ارزانقیمت، رو به افزایش است. استفاده از فناوریهای نوین از جمله روشهای غشایی و فناوری نانو و سرمایهگذاری در این زمینه، با توجه به قرار گرفتن کشور در شرایط بحران آب، بهعنوان یکی از راهکارها مطرح میباشد. با توسعه فناوری نانو، کارایی روشهای مختلف تصفیه و فیلتراسیون آب و فاضلاب، همچون خالصسازی، نمکزدایی، ضدعفونیکردن و پالایش بهبود خواهد یافت.
همچنین پیشبینی میشود که استفاده از محصولات مبتنی بر فناوری نانو هزینه تصفیه آب را کاهش دهد. در مقاله حاضر پیشرفتهای عمده در این زمینه بررسیشده و روندهای مهم پیشبینی شدهاند، همچنین بخشهای مختلف بازار بهصورت کمّی مورد مطالعه قرار گرفته است و سعی بر این بوده است که با ارائه برخی راهکارهایموٍثر، و با تکیه بر اطلاعات پژوهشی موجود، فرصتهای سرمایهگذاری در این حوزه نوین را بررسی نماییم.
.1 مقدمه
آب شیرین و قابل شرب برای مصرف انسان، تنها 3درصد از کل آبهای روی کره زمین را تشکیل میدهد. 97 درصد بقیه درون دریاها بوده، در یخهای قطبی مسدود شده، در یخچالها قرار داشته، به صورت برف بوده و یا درون اتمسفر یا خاک پخش شده است. کمبود آب، از نظر کمی یا کیفی، بویژه در کشورهای در حال توسعه، مردم و حکومتها را در معرض تهدید جدی قرار داده است مدیریت پایدار آب، یک راهکار حیاتی برای حل مشکلات فقر و حقوق صاحبان سهام و مشکلات مرتبط با آن است.
در سال 2011 ، 768 میلیون نفر در جهان، هنوز هم از منابع آب آشامیدنی ناسالم استفاده میکردهاند. 83 درصد از این جمعیت 636 - میلیون نفر - بدون امکان دسترسی به آب آشامیدنی تصفیهشده، در مناطق روستایی زندگی میکنند. علاوه بر این که کیفیت و ایمنی بسیاری از منابع آب آشامیدنی تصفیهشده نیز تأیید نشده است. از طرفی، تعداد افرادی که به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند، ممکن است دو تا سه برابر بیشتر از برآوردهای رسمی باشد. [1]
تهیه آب آشامیدنی سالم، قلمرو وسیعی برای تحقیق و توسعه فناوری نانو شده است. فناوری نانو راه حلهایی برای معضل کمبود آب، از جمله تصفیه، نمکزدایی و استفاده مجدد ارائه میدهد. نانوجاذبهایی مانند نانوذرات رس، زئولیت، نانو ذرات اکسید فلزی، نانو الیاف کربنی متخلخل و جاذب پلیمری، ذرات آلاینده را از آب آلوده حذف میکنند. محلولهای آلی سمی از طریق نانوکاتالیستها و نانوذرات متحرک اکسایش کاهشی به محلولهای غیرسمی تبدیل میشوند.
از فیلترهای نانولولهای کربنی، غشاهای اسمزمعکوس که در ساختارشان از نانوکامپوزیتهای زئولیتی استفاده شده است و غشاهای نانو لولهای کربنی برای تصفیه آب و نمکزدایی استفاده میشوند. از سیستمهای اولترافیلتراسیون شاخهای و سیستمهای نانوسیال در سیستمهای غشایی کمفشار به منظور حذف یونها از محلولهای آبی استفاده میشود.[2]
همچنین فناوری نانو، کارآمدی انرژی را در میان تمام شاخههای صنعت بهبود میبخشد و از لحاظ مزایای اقتصادی با تولید انرژیهای تجدیدپذیر از طریق تولید تکنولوژیهای بهینه ممکن میکند. نوآوریهای فناوری نانو بهعنوان یک عامل قدرتمند در هر بخش از زنجیره انرژی که افزوده شود، اعمال میشود.[3] فنآوری نانو میتواند در فرایند کاهش زباله در فرآیندهای تولید، کاهش استفاده از مواد شیمیایی مضر و استفاده از پلاستیکهای زیستتخریبپذیر و کاهش انتشار گازهای گلخانهای حاصل از احتراق سوختها نیز موثر واقع شود.
در حال حاضر فقط تعداد کمی از روشهای متعدد موجود، میتواند برای کاهش آلودگی زمین به کار برده شود. امروزه فناوری نانو به طور فعال در این بخش از طریق ایجاد مواد پیشران با آلودگی کمتر و بهعنوان یک استراتژی برای گسترش اثربخشی فرایندهای صنعتی حضور دارد. فناوری نانو با به حداقل رساندن تولید مواد مضر، توانایی ایجاد فرآیندهای صنعتی کارآمدتر از نظر مصرف مواد و انرژی را داراست.[4] در مقاله حاضر پیشرفتهای عمده در بازار جهانی محصولات این فنآوری نوین به صورت کمی و کیفی و روندهای مهم، مورد مطالعه قرار گرفته است، همچنین به بررسی بخشهای مختلف بازار پرداخته و با تکیه بر اطلاعات پژوهشی موجود، فرصتهای سرمایهگذاری در این حوزه معرفی میگردد.
.2 بررسی بازار جهانی فناوری نانو
در سال 2009 بازار محصولات فناوری نانو در سراسر جهان 11/7میلیارد دلار تخمین زده میشود و انتظار میرود که تا 26/7میلیارد دلار در سال 2015 با نرخ رشد مرکب سالانه - 11/1 - CAGRدرصد، رشد داشته باشد. جدول1 رشد بازار محصولات فناوری نانو بین سالهای2009 تا 2015 نشان میدهد. سرمایهگذاری روی تحقیقات فنآوری نانو در کشورهای توسعهیافته مانند اروپا و ایالاتمتحده بهدلیل حمایت دولت و قرار دادن اولویتها به فنآوریهای دارای رشد اقتصادی، بسیار بالا است.
همچنین برخی از کشورهای متوسط مانند چین بهشدت در فناوری نانو، سرمایهگذاری کردهاند. سرمایهگذاری سالانه جهانی در بخش تحقیقات و توسعه فناوری نانو، از بخش خصوصی و دولتی به حدود 15میلیارد دلار رسیده است که در سال 2009 حدود 3/5 میلیارد آن در ایالات متحده بود. تعداد محققان و کارگران در حوزههای مختلف فناوری نانو در سال 2009 در حدود 000،400 نفر برآورد شده است که حدود 150,000 نفر در ایالات متحده بوده است. تخمین زده میشود در سال2015، 2میلیون کارگر در سراسر جهان در حوزه فناوری نانو مشغول به کار باشند.[6]
.1-2 استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب و فاضلاب
مواد نانوساختار را میتوان به نحوی تنظیم کرد که به صورت اختصاصی با یونهای خاصی برهمکنش داشته باشند. در نتیجه در حذف آلایندههای مختلف از فاضلاب عملکرد بهتر و هزینه کمتری نسبت به فرایندهای معمول دارند. فناوری نانو در تصفیه آب را میتوان به 3دسته طبقهبندی کرد. غشاهای نانوفیلتراسیون: بهعنوان یک مرز فیزیکی برای عبور انتخابی مواد ریزتر از منافذ خود و در نتیجه حذف آلایندههای مضر و حفظ مواد مغذی مفید موجود در آب، عمل میکند.
نانوکاتالیستها و نانو ذرات مغناطیسی: از نانوکاتالیست و نانوذرات مغناطیسی برای تصفیه آبهای به شدت آلوده برای نوشیدن، بهداشت و آبیاری استفاده میشود. فنآوری نانوذرات مغناطیسی برای تجزیه آلایندههای آلی و حذف املاح و فلزات سنگین از آب مناسب به نظر میرسد. [7] نانوحسگرها برای تشخیص آلایندهها: روشهای تشخیص نوین در تصفیه آب به افراد این امکان را میدهد که بدون نیاز به ارسال نمونه آب به آزمایشگاه با سرعت بیشتری آلایندهها را تشخیص دهند. نانوحسگرها میتوانند سلولهای تکی و یا حتی اتمها را شناسایی کنند. این توانایی تشخیص آلودگی و عوامل بیماریزا میتواند روند سلامت و نگهداری مواد غذایی و آب سالم را بهبود بخشد.
در جدول2 انواع فنآوریهای مختلف مورد استفاده در تصفیه آب آورده شده است. انتظار میرود که با توسعه بیشتر فناوری نانو، کارایی روشهای مختلف تصفیه و فیلتراسیون آب و فاضلاب، همچون خالصسازی، نمکزدایی، ضدعفونی-کردن و پالایش بهبود یابد. همچنین انتظار بر این است که استفاده از محصولات مبتنی بر فناوری نانو هزینه تصفیه آب را کاهش دهد . به علاوه پیشبینی میشود که استفاده از این فناوری عملکردهای جدیدی به مواد موجود بیافزاید. با درک بهتر شیمی سطحی نانوساختارها، امکان کنترل واکنشها با استفاده از نانومواد به منظور کاهش تولید ضایعات نیز به وجود خواهد آمد. جدول3 کاربردهای بالقوه فناوری نانو در تصفیه آب را نشان میدهد.[9]
