تعریف ۱۴ پروژه نانویی برای کمک به ابرچالش‌های آب و آلودگی هوا

پس از گذشت دو دهه از توسعه فناوری نانو در سطح کشور و دستیابی به آمادگی قابل‌توجه در این فناوری، رویکرد جدیدی در ده ساله سوم توسعه نانو در دستور کار ستاد نانو قرار گرفت که می‌توان آن را نوعی سیاست نوآوری مأموریت‌گرا نامید. سیاست‌های نوآوری مأموریت‌گرا که اخیراً توجه کشورهای مختلف را به خود جلب کرده، مبتنی بر مفهوم مأموریت است. مأموریت‌ها در واقع، مسائل یا نیازهای هدف‌گذاری شده‌ای هستند که حل آن‌ها به سرمایه‌گذاری بخش‌های مختلف، همکاری بازیگران مختلف و طیف متنوعی از راه‌حل‌ها نیاز دارد.

در همین حال رویکرد جدیدی در سند ملی توسعه علوم و فناوری نانو، ظهور و بروز یافته که در واقع تلاش دارد تا برنامه‌های توسعه فناوری نانو را با آنچه که در سند مذکور مأموریت‌های ویژه نام گرفته است، هم‌سو کند. وجود کلان چالش‌ها و مسائل ملی و محدودیت منابع مالی و نیروی انسانی ایجاب می‌کند که ستاد نانو به اولویت‌گذاری روی آورده و حمایت از پروژه‌های توسعه فناوری را در چارچوب این مأموریت‌ها، جهت‌دهی کند. این رویکرد، مطابق ماده ۴ «سند ملی توسعه علوم و فناوری نانو» به انتخاب ۵ حوزه صنعتی آب و محیط زیست، انرژی، کشاورزی، سلامت و بهداشت و ساخت و ساز انجامیده است.

در حوزه آب و محیط زیست ۳ مأموریت تأمین آب آشامیدنی و کشاورزی سالم و تصفیه پساب‌های خانگی و صنعتی با استفاده از فناوری‌های نانو، توسعه راه‌کارهای بومی کاهش آلودگی هوا مبتنی بر فناوری نانو و ارتقای سلامت محیط‌زیست دریایی در مقابل آلاینده‌های ناشی از کشتی‌ها تعریف شده است.

تأمین آب آشامیدنی و کشاورزی سالم و تصفیه پساب‌های خانگی و صنعتی با استفاده از فناوری‌های نانو

روند کاهشی میزان آب تجدیدپذیر در کشور به همراه برداشت بی‌رویه آب از منابع متعارف موجب شده است که شاخص نسبت مصرف آب به پتانسیل روند کاهشی میزان آب تجدیدپذیر منابع آب در سال ۲۰۲۰ به بیش از ۷۵ درصد برسد و وضعیت آبی کشور را در محدوده بحرانی قرار دهد. بدین ترتیب مسئله ناترازی آب را باید یکی از مهم‌ترین مسائل کشور دانست. این چالش که از رشد تقاضا (مصرف) در برابر عرضه آب (تأمین) ناشی می‌شود، امروزه به یک موضوع بغرنج و پیچیده در کشور تبدیل شده که رفع آن به مجموعه‌ای از راه‌حل‌های سیاستی و فناورانه نیاز دارد.

بنابراین، توسعه فناوری‌هایی که بتوانند به مدیریت بهتر مصرف آب کمک کرده و یا از منابع نامتعارف (مانند پساب‌ها، آب‌های لب‌شور و شور)، آب قابل‌استفاده را با شیرین‌سازی، آرسنیک‌زدایی، حذف بو و به‌طور کلی حذف آلاینده‌ها از پساب‌های خانگی و صنعتی تولید نمایند (بازچرخانی)، ضرورت دارد. فناوری‌هایی همچون نانوغشاها، نانوجاذب‌ها، نانوحباب‌سازها و نانوآمیزه‌ها به‌منظور تصفیه پساب‌ها در کنار فناوری پوشش‌های نانویی برای کاهش هدررفت آب از جمله فناوری‌هایی هستند که حمایت از توسعه آن‌ها در قالب یک مجموعه پروژه مورد توجه قرار گرفته است که در جدول زیر قابل مشاهده است.

به طور مثال استفاده از سامانه نانوحباب برای تصفیه‌خانه قیطریه تهران علاوه بر افزایش راندمان تصفیه آب منجر به کاهش هزینه تأمین تجهیزات به میزان ۲۰ درصد و حداقل ۴۰ درصد صرفه‌جویی در مصرف انرژی نسبت به سامانه‌های هوادهی متداول شده است. استفاده از سامانه نانوحباب برای تصفیه فاضلاب منجر به صرفه‌جویی حدود ۵۰ درصدی در مصرف برق می‌شود. با توجه به تعداد تصفیه‌خانه‌های کشور (۲۵۶ عدد) و کل برق مصرفی توسط آن‌ها (۱۲۰ مگاوات) استفاده از این سامانه‌ها در تصفیه‌خانه‌های کشور منجر به صرفه‌جویی حدود ۵۰ مگاواتی در کشور می‌شود.

هزینه تأمین این مقدار برق توسط ایجاد نیروگاه‌های گازی جدید حدود ۱٬۰۰۰ تا ۱٬۲۰۰ میلیارد تومان به قیمت سال ۱۴۰۲ تخمین زده شده که با سرمایه‌گذاری ۴۶۰ میلیاردی برای تجهیز تمام تصفیه‌خانه‌های کشور به این سامانه‌ها، حدود ۵۵۰ تا ۷۵۰ میلیارد تومان صرفه‌جویی در هزینه می‌شود. با تولید و عرضه گرانول‌های نانویی مبتنی بر آلومینوسیلیکات بوی نامطبوع فاضلاب‌های شهری به حداقل رسیده است. قیمت این محصول ۱۰ تا ۲۰ درصد نمونه‌های خارجی آن است.

کاهش آلودگی هوا مبتنی بر فناوری نانو

یکی از ابرچالش‌های ایران را باید بحران محیط‌زیست دانست. تولید گازهای گلخانه‌ای و انواع آلاینده‌ها در مناطق شهری به همراه فعالیت ریزگردها در مناطق جنوبی کشور از جمله مسائلی هستند که حل آن‌ها بدون استفاده از راهکارهای سیاستی، مدیریتی و فناورانه امکان‌پذیر نیست. بر این اساس توسعه فناوری‌هایی که بتوانند به جذب و تثبیت آلاینده هوا کمک کنند، یک ضرورت ملی به شمار می‌آید. جدول زیر پروژه‌های متمرکز بر حل این مسائل را با تکیه‌بر فناوری نانومواد نشان می‌دهد.

در سال ۱۴۰۱ بیش از ۷۰۰ هزار مبدل کاتالیستی خودرو حاوی نانوکاتالیست‌های حذف آلاینده‌های هوا توسط ۷ شرکت تولیدی در این حوزه تولید شد که این مقدار نزدیک به ۶۰ درصد از کل انواع خودروهای تولید کشور در این سال بوده است. حجم بازار این مبدل‌ها در سال ۱۴۰۱، ۲۴٬۶۹۰ میلیارد ریال بوده است. تولید و تجاری‌سازی سیستم تصفیه و ضدعفونی‌کننده هوا پلاسمایی مناسب محیط‌های سرپوشیده پررفت‌وآمد که قابلیت تصفیه و ضدعفونی هوا برای ۱۵۰ مترمکعب در ساعت هوای خروجی را دارد و قیمت آن یک پنجم نمونه مشابه خارجی است.

در یک منطقه متوسط از نظر آلودگی، به ازای هر توربین گازی، هرسال حدود ۶ تن آلودگی وارد محیط می‌شود که استفاده از فیلترهای نانویی در توربین‌های گازی، موجب کاهش قابل‌توجه آلایندگی این توربین‌ها شده است. حفاظت بهتر از قطعات توربین‌های نیروگاهی، کاهش هزینه‌های توقفات و افزایش توان تولید برق و افزایش عمر فیلترها حداقل به ۱/۵ برابر عمر فعلی از مهم‌ترین ویژگی‌های این فیلترهاست.