فناوری نانو و محیط زیست(1)

گازهای سمی با توسعه پیل های سوختی حذف می شوند و انرژی های تجدید پذیر جای انرژی های فسیلی را خواهند گرفت. چنانچه مراقبت ها از محیط با دقت انجام شود، قبل از وقوع یک خطر بزرگ اقدامات سنجیده برای مقابله با آن صورت می گیرد و در نهایت اگر خطر از حد معمول گذشت می توان از راه کارهای فناوری نانو استفاده کرد و آسیب های محیطی را کاهش داد.

در آینده انرژی های جدیدی به کمک فناوری نانو موثر تر خواهند بود. برای مثال، سلول های خورشیدی، باد، موج دریا و انرژی زمین گرمایی ممکن است با استفاده از مواد پیشرفته با بازده بیشتر انرژی تولید کنند. با پیشرفت در باتری ها و پیل های سوختی هیدروژنی انرژی با  بازده بیشتری هم مصرف می شود. نانوحسگرها اجازه خواهند داد تا اثر فعالیت های بشر بر محیط زیست خیلی سریع قابل شناسایی و پیگرد باشد و به جای آن که وقت را تلف کنیم، فوراً اقدامات لازم را صورت دهیم. فناوری نانو همچنین در پالایش آلودگی های موجود و استفاده صحیح از منابعی که در اختیار ماست به ما کمک می کند.

کاربرد نانوحسگرها در محیط زیست

نانوحسگر وسیله ای است بسیار ریز که قادر به شناسایی و ارائه پاسخ به محرک های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف ازجمله محیط زیست یافته اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.

انواع نانوحسگرها

نانوحسگرها دو دسته‌اند:

موادّ نانوساختاری: مانند سیلیكونِ متخلخل، نانوحسگرهای ساخته‌شده از این مواد به منظور شناساییِ واكنش‌های شیمیایی و زیستی به كار گرفته می‌شوند.

نانوذرات: مانند موادّ كرویِ نانومقیاس كه به عنوان گیرنده‌های نوری ـ زیستی،‌ نوری ـ شیمیایی و حسگرهای تصویریِ فضایی كاربرد دارند.ذرات نانوسیلیکون که به  عنوان حسگرهای زیستی استفاده می شوند.

آلودگی هوا

 یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت موثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفت. با اختراع اولین نمونه های غبار هوشمند، تولید اینگونه حسگرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیار سبک است. این نانوحسگرها به راحتی ساعت ها در هوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند از طریق بی سیم موجود در خود، اطلاعات جمع آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه های اولیه حدود یک کیلوبایت در ثانیه است.

نانو حسگر گازی

 نشت گازهای مهلک یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متاسفانه هشداردهنده های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسایی اینگونه گازهای نشتی می شوند. این نوع حسگرها از نانوتیوب های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده اند و می توانند مولکول های گازهای سمی را جذب کنند. آنها همچنین قادر به شناسایی تعداد معدودی از مولکول های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی اند که این حسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی، آلاینده های هوا و حتی مولکول های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.

کنترل آلاینده های زیست محیطی

براساس نظر همگان روشن شده است که مردم، تأثیر بسزایی برای محیط زیست دارند. برای کنترل این اثر، نیاز است آثار فعالیت انسانی بر محیط و چگونگی تغییر آن بر حسب زمان بررسی شود تا موثرترین تصمیمات اتخاذ گردد. در حال حاضر سیستم هایی برای نمایش آلودگی وجود دارد، اما این سیستم ها معمولا اطلاعات کلی می دهند و چیز زیادی در مورد تحولات جدید و حجم آلودگی در زمان تغییر آن به دست نمی آید. برای کنترل دقیق آلاینده ها ابتدا باید به سراغ منابع آنها برویم، لذا شناسایی منشاء آلودگی بسیار مهم است.

 به کمک فناوری نانو تغییرات آلودگی به صورت موضعی قابل بررسی خواهد بود. معمولا وقتی متوجه می شویم چه ضرری به محیط زده ایم که خیلی دیر شده است. فناوری نانو بر اساس تحلیل نقطه ای و حسگرهای پیشرفته ابزاری برای دستیابی به داده های سریعتر فراهم می کند.

گزارش سریع از وضعیت آلاینده ها

فناوری موجود از ایستگاه های بازرسی بزرگ و ثابت استفاده می کند. حتی در مناطق بسیار آلوده مثل شهرها، این ایستگاه ها معمولاً بیش از یک کیلومتر از هم فاصله دارند. این در حالی است که آلودگی می تواند به شدت در یک نقطه مثل محل ترافیک و کارخانجات صنعتی متمرکز شود. بنابر این تعیین موضع آن اهمیت دارد.

 لایه های نازک از مواد نیمه رسانای نانو ساختار مثل اکسید قلع در حسگرهای کوچکی به اندازه یک سکه  قرار داده شده اند. این حسگرها در سطوح بالاتر از مقدار استاندارد آلاینده های هوا مثل مونواکسیدکربن و اکسیدهای نیتروژنی آنها را می گیرند و وقتی سطح آلودگی کاهش پیدا کرد، مجدداً آنها را رها می سازند و این کار بارها قابل تکرار است. این اتصال به موقع به صورت الکتریکی تشخیص داده می شود و این اطلاعات می توانند مستقیماً به کامپیوتر مرکزی برای تحلیل فرستاده شود. ممکن است در آینده امکان نصب این نوع حسگرها به دستگاه های سیار مثل موبایل و ماشین برای فراهم کردن جزییات بیشتر ایجاد شود.

به دام انداختن آلاینده ها

زندگی انسان مولد آلودگی می تواند ناشی از سوختن در موتور خودروها، کارخانجات شیمیایی، کودهای شیمیایی خاک یا هر عامل بشری دیگری باشد، با این حال آلاینده های طبیعی زیادی نیز مثل میکروب ها وجود دارند. بسیاری از فناوری های موجود نتوانسته اند خود را با این مساله وفق دهند. با این وجود نانومواد جدیدی ساخته شده است که مثل آهنربا، می تواند آلاینده ها را به دام انداخته و از محیط تخلیه کند. کار این نانوذرات مثل این است که برای جذب آب از یک اسفنج استفاده کنید.

آرسنیک در آب های زیرزمینی در بسیاری از کشورها از جمله بنگلادش به سطحی بالاتر از حدود تعیین  شده توسط سازمان بهداشت جهانی رسیده است.

هیچ روشی وجود ندارد که بتواند سطح آلودگی را تا زیر مرز استاندارد کاهش دهد. اخیراً سیستم پیشرفته ای طراحی شده که در آن با استفاده از نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن، آرسنیک موجود در آب را تا 99% به دام انداخته و سپس آن ها را با اعمال میدان مغناطیسی از آب خارج می کنند.