هوای پاک با فناوری نانو
(گردآورنده : نیلوفر مرادی )
افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. اميد مي رود كه با استفاده از كشف منابع جديد روزي برسد كه از مصرف سوخت هاي فسيلي بي نياز شويم و در هوايي عاري از دي اكسيد كربن و انواع آلودگي ها تنفس كنيم. فناوري نانو از جمله فناوريهايي است كه به كمك حل اين مسئله آمده است و اين امكان را به وجود آورده است تا به سوي ساخت انرژيي ارزان تر و پاكيزه تر از سوخت هاي فسيلي نزديك شويم.
تأثيرات مستقيم و غيرمستقيم فناوري نانو بر محيط زيست و آلودگي هوا، از جنبههاي مختلف قابل بررسي است. دورنماي استفاده از اين فناوري نوين بسيار گسترده است. امروزه در دنيا از نانوتكنولوژي به عنوان يك تكنولوژي كليدي و تاثير گذار بر علم , تكنولوژي و صنعت ياد ميشود . فناوري نانو از دانشها و فناوريهاي گوناگوني مانند فيزيك، شيمي، بيولوژي و مهندسي بهره ميگيرد. عليرغم اينكه فناوري نانو تاكنون در زمينهي محيط زيست كاربرد صنعتي نداشته است، اما بسياري معتقدند كه اين فناوري ميتواند راههاي جديدي براي بهبود و ارتقاي فناوريهاي زيستمحيطي ارائه كند.
توليد نانوبيومواد, نانولولهها , نانوكامپوزيتها , نانوفيلترها و نانوذرات نمونههايي از استفاده از فناوري نانو هستند كه براي ساخت سيستم ها و كاربردهايي چشمگير در مسائل زيست محيطي و بهداشتي بكار برده ميشوند. چندين شركت توليدي شيميايي در حال توسعه مواد پليمري هستند كه با ذرات نانويي تقويت شدهاند. اين مواد ميتواند جايگزين قطعات فلزي ساختاري در صنعت خودرو شود. استفاده وسيع از نانوكامپوزيتها ميتواند به كاهش مصرف 5/1 ميليارد ليتر بنزين در عمر يك سال وسائل نقليه منجر شود و آلودگيهاي مربوط به دياكسيدكربن را سالانه بيشتر از 5 ميليارد كيلوگرم كاهش دهد.
توليد نانوكامپوزيتها با استفاده از فناوري نانو منجر به توليد مواد اوليه بسيار مقاوم و سبك شده كه اين مواد قادرند كه جايگزين قطعات فلزي سنگين شده و كاهش چشمگيري در وزن تجهيزات و قطعاتِ خودرو, و متعاقب آن كاهش چشمگير مصرف انرژي و نهايتا كاهش آلودگي هوا را در پي داشته باشند. جلوگيري از انتشار 200 ميليون تن تركيبات كربن و صرفهجويي 100 ميليارد دلاري در انرژي از پيامدهاي خوشايند استفاده از تكنولوژي توليد نيمه رساناها با استفاده از نانوفناوري , در زمينه تامين روشنايي بوده كه به تبع آن كاهش آلودگي هوا را در بر خواهد داشت.
پيلهاي سوختي زيستي كه از نانوفناوري درتوليد آنها استفاده شده توانايي تبديل مستقيم انرژي بيوشيميايي را به انرژي الكتريكي دارد. در اين پيلها از ميكروارگانيسم و آنزيم استفاده ميشود كه جايگزين فلز پيلهاي معمولي ميشود. خصوصيات ويژه و مطلوب اين پيلها اين است كه از ضايعاتي مانند دي اكسيد كربن و فاضلاب انساني استفاده ميكنند. از سوي ديگر، برخي عقيده دارند كه استفاده از فناوري نانو خود ميتواند منجر به مشكلات جديد زيستمحيطي از قبيل موادّ سميِ جديد و خطرات زيستي مربوط به آن شود. پيش از انجام هرگونه قانونگذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيطهاي كاري و بسته وجود دارد.
محققان در دانشگاه ملي اوك ريج موفق به ساخت نانوكريستالي شده اند كه ما را در داشتن هوايي پاك تر كمك مي كنند. نانوكريستال درست مانند يك كاتاليزور عمل مي كند، هنگامي كه دي اكسيد كربن هوا بر روي اين نانوكريستال كه داراي كادميوم، سيلينيوم و ايديوم است مي نشيند، يك الكترون به دي اكسيد كربن مي دهد تا در مجاورت ساير اجزاي دود واكنش نشان دهد و بي ضرر شود. اگر فيلترهاي متشكل از اين نانوكريستال ها را بتوان با قيمت مناسب تري ساخت و آنها را در دودكش ها نصب كرد مي توان تا حد زيادي از انتشار و خروج دي اكسيد كربن در هوا جلوگيري كرد.
ذره معلق مضرر ديگري كه دانشمندان اميدوارند تا با استفاده از نانوكريستال بتوانند آنرا خنثي و يا از بين ببرند، بخار جيوه است. تجهيزاتي كه با زغال سنگ كار مي كنند از مهمترين عوامل توليد بخار جيوه و انتشار آن در هوا هستند. يك روش جلوگيري از انتشار جيوه، استفاده از نانوكريستال هاي اكسيد تيتانيوم است كه بخار جيوه را مي توانند به اكسيد جيوه جامد تبديل نمايند.
اگر تاكنون در ترافيك در مجاورت اگزوز و يا دود اتوبوس و يا يك كاميون قرار گرفته باشيد حتما اكسيد نيتروژن را استشمام كرده ايد. موتورهاي ديزلي (گازوئيل سوز) از جمله مهمترين منابع آلوده كننده هوا با اكسيدهاي نيتروژن مي باشند.
شركت بيوفرندلي با كمك آژانس حفاظت محيط زيست و دريافت كمك مالي از ايالت تگزاس، موفق به ساخت نانوكريستالي شده است كه با افزودن آن به گازوئيل مي تواند از توليد اكسيد نيتروژن جلوگيري كند و سبب شود تا سوخت كامل بسوزد.
تصور نكنيد كه صنايع توليد تميز مانند صنايع توليد تراشه هاي كامپيوتري به عنوان آلوده كننده هاي محيط زيست به شمار نمي آيند بلكه برعكس اين صنايع به علت استفاده از مواد شيميايي آلي در فرايندهاي توليد منشا توليد بخارات آلي هستند كه خود مضرر مي باشند. محققان آزمايشگاه ملي شمال غربي اقيانوس آرام در حال بررسي نانوموادي هستند كه با استفاده از آن در فيلترها مي توانند از انتشار بخارات آلي اين دسته از كارخانجات جلوگيري كنند.
نانوتكنولوژي» و رفع آلودگي ها بهتر از روشهاي رايج كنوني عمل كند ؟
در حال حاضر، روش هاي تصفيه چه در فاز گاز (هوا) ، چه در فاز مايع (آّب) و چه در فاز جامد (خاك) شامل سه دسته اصلي مي شود كه مي توانند به صورت منفرد و يا تركيبي مورد استفاده قرار گيرند:
1- روش هاي شيميايي
2- روش هاي فيزيكي
3- روش هاي بيولوژيكي
بدون دخالت «نانوتكنولوژي» در اين عرصه هر يك از اين روشها داراي محدوديت هايي است كه سبب مي شود در رفع آلودگي ها نتوان به طور كامل به آنها اعتماد كرد.
روشهاي شيميايي در برخي موارد مي توانند بسيار پر هزينه باشند و يا مواد جانبي خطرناك توليد كنند و اگر با آلاينده خطرناكي روبرو باشيم كه غلظت مجاز آن در حد ppm يا ppb باشد در اين صورت وضعيت از اين هم وخيم تر مي شود زيرا علاوه بر هزينه بسيار، كندي سرعت واكنش، لزوم ساخت راكتور هاي داراي ويژگي هاي خاص و امكان باقي ماندن ماده شيميايي مورد استفاده در فرايند كه خود مي تواند خطرناك باشد نيز مزيد بر علت مي شود.
هر جه اندازه ذرات آلاينده كوچك تر مي شود هزينه لازم براي حذف فيزيكي آن نيز بيشتر مي شود. روش هاي فيزيكي اغلب قادر نيستند تا آلاينده هايي با اندازه هاي بسيار ريز را از محيط خارج كنند.
روشهاي بيولوژيكي اگرچه روش هايي بسيار ارزان هستند و به همين علت با اقبال بسياري روبرو شده اند اما اين روش ها قادر نيستند هر نوع آلاينده اي را حذف كنند و يا با سرعت مطلوب و راندمان مورد نظر اين كار را انجام دهند، علاوه بر اينها، بازدهي اين فرايندها به شدت وابسته به شرايط محيطي و آب و هوايي است و كنترل شرايط براي آنها گاهي بسيار مشكل مي باشد.
«نانوتكنولوژي» داراي پتانسيل هاي خوبي براي جبران اين قبيل كاستي هاست، اين فن آوري يا به طور مستقيم وارد عرصة حذف آلاينده ها يا كمك به شناسايي و اندازه گيري آنها مي شود و يا به طور غير مستقيم با ايجاد يك تغيير مسير در فرايند آلاينده، يا تغيير ماهيت آن سبب حذف و يا دست كم كاهش حجم آلاينده هاي حاصل از آن مي شود. در زير به بخشي از اين موارد اشاره مي كنيم:
(بقیه در ادامه مطلب)
