نانو، از جمله علومی است که ردپای آن را می‌توان در سایر علوم نیز دید. این علم به پیشرفت صنعت نیز کمک کرده است. این فناوری در بخش‌های مختلف صنایع دریایی هم کاربردهای ارزنده‌ای داشته که می‌تواند صنایع دریایی کشور ایران را با تحول زیادی روبه‌رو کند. از طرفی، شناسایی نیازهای گسترده صنایع دریایی می‌تواند بازار خوبی برای محصولات فناوری نانو در ایران باشد و زمینه رشد خوبی را نیز برای آن فراهم کند. از رفع مشکلات حمل‌ونقل دریایی تا کاهش آثار زیانبار زیست‌محیطی. خوشبختانه فناوری نانو در دهه اخیر از سوی ایران، موردتوجه جدی قرار گرفته، همزمان با آن صنایع دریایی نیز دچار تحولات اساسی شده و سرمایه‌گذاری‌های هنگفتی در آن انجام شده است. صمت در این گزارش به راه‌حل‌های فناوران ایرانی در حل چالش‌های حمل‌ونقل دریایی در سواحل پرداخت.

خلق شگفتی با جابه‌جایی اتم‌ها

از جمله رایج‌ترین مشکلات پوشش‌های غیرنانویی، بستن خزه به بدنه کشتی‌ها است که باعث افزایش نیروی مقاومت در نتیجه افزایش مصرف سوخت (افزایش ۴۰ درصدی سوخت) و هزینه سالانه بیش از ۲۰۰هزار میلیون دلار در سال می‌شود. اما بدترین اثر مخرب آن، تولید گازهای گلخانه‌ای مانند کربن‌دی‌اکسید است که باعث آلودگی محیط‌زیست می‌شود. علاوه بر این، باعث خوردگی فلزات می‌شود. با بکارگیری فناوری‌نانو می‌توان کشتی‌هایی با وزن کم، استحکام بالا همراه با پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی و به‌صرفه از نظر اقتصادی و کاهش آلودگی داشت. در این زمینه، سولماز سلیمانی در طرحی با عنوان «سنتز زیستی نانوکامپوزیت‌گرافن‌اکساید احیاشده با ترکیبات طبیعی دریایی و بررسی اثرات آنتی‌ ‎ فولینگ» و با حمایت بنیاد ملی علم ایران به ارائه راهکاری در حل معضلاتی که رسوبات زیستی دریایی که در صنایع حمل‌ونقل دریایی به وجود می‌آورد، پرداخته است. وی در گفت‌وگو با صمت درباره فناوری‌نانو توضیح داد: نانوتکنولوژی محدوده‌ای از فناوری است که در این محدوده، انسان می‌تواند انواع ترکیبات، آلیاژها، وسایل و ابزارها و به‌طورکلی، سیستم‌ها و سازه‌های گوناگون را در مقیاس اتمی و مولکولی و در ابعاد نانومتری طراحی کند و به مرحله ساخت برساند.

وی ادامه داد: روش ساخت نانویی در بیشتر موارد، به‌صورت جابه‌جا کردن اتم‌ها و مولکول‌ها و قرار دادن آنها در موقعیت‌های مناسب است. در حقیقت نانوتکنولوژی شامل قرار دادن اتم‌ها در جای خاص خود است و اجازه می‌دهد تا موادی سبک‌تر، محکم‌تر، ارزان‌تر و با دقت ابعادی بالاتر ساخته شوند. یکی از اکتشافات بزرگ مربوط به نانوتکنولوژی استفاده از جاذب‌های کربنی مانند نانوگرافن و نانوگرافن‌اکساید است.

این محقق و پژوهشگر درباره هدف انجام این طرح گفت: همواره رسوبات زیستی دریایی از جمله بستن خزه روی ابزارهای متحرک و ثابت در حمل‌ونقل دریایی، معضلی دیرینه و پرهزینه برای صنایع دریایی محسوب می‌شوند. جلبک‌های سبز، دیاتوم‌ها و صدف‌ها به‌دلیل چسبندگی خود به سازه‌های انسان‌ساخت از جمله زیردریایی‌ها و کشتی‌ها و آسیب به آنها مشهور هستند. اگرچه راه‌حل‌هایی به‌صورت پوشش‌های مقاوم در برابر رسوبات دریایی وجود دارند، اما بسیاری از آنها در طبیعت، آفت‌کش محسوب می‌شوند و هنوز لازم است که راه‌حلی گسترده، موثر و ایمن از نظر زیست‌محیطی اتخاذ شود و به بازار بیاید.

سلیمانی گفت: از آنجایی که رشد اجتماعات رسوبی روی بدنه کشتی‌ها موجب افزایش بار کشتی، کاهش قابلیت مانور، افزایش مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود، از این‌رو هم هزینه‌های اقتصادی و هم زیست‌محیطی را افزایش می‌دهند. به‌همین‌دلیل، امروزه، رقبای اصلی پوشش‌های آفت‌کش ضدرسوب، پوشش‌های موسوم به «آزاد ساز ـ رسوب» هستند که مانع جذب رسوبات می‌شوند.

جادوی قرن ۲۱

وی در ادامه بیان کرد: طی چند سال گذشته، گرافن و گرافن‌اکساید (نوعی ساختار کربنی که به‌عنوان سبک‌ترین، قوی‌ترین، نازک‌ترین، بهترین هادی حرارتی و الکتریکی شناخته می‌شود) موردتوجه دانشمندان قرار گرفته و کاربردهای زیادی برای آن تعریف شده است تا جایی که این ماده را «جادوی قرن ۲۱» می‌نامند. گفتنی است، باتوجه به جدید بودن آن، این ماده، کاربردهای زیادی در حوزه دریایی دارد که کمتر به آن توجه شده است. به‌همین‌دلیل، نیاز به مطالعه و تحقیق بیشتر در این زمینه احساس می‌شود.

این محقق و پژوهشگر با بیان اینکه تاکنون پژوهشی با این محوریت که به حل چالش‌های اجتماعات رسوبی روی بدنه کشتی بپردازد، انجام نشده است، گفت: رنگ‌های آنتی‌فولینگ یا ضدخزه موجود در بازار براساس مواد و روش‌های شیمیایی تولید می‌شوند که خسارت‌های جبران‌ناپذیری به محیط‌زیست وارد می‌کنند و البته هزینه‌های هنگفتی هم دارند. در این مطالعه برای نخستین‌بار نانوکامپوزیت‌گرافن‌اکساید احیاشده با ترکیبات طبیعی دریایی که دارای خواص آنتی‌فولینگی (ضدخزگی) است، سنتز و ترکیب شد. با این روش نه‌تنها به محیط‌زیست آسیبی وارد نمی‌شود، بلکه ارزان‌تر از رنگ‌ها و ترکیبات ضدخزگی موجود در بازار است. حتی باعث از بین رفتن موجودات مزاحم می‌شود و هزینه‌های مربوط به حذف این موجودات از بدنه کشتی را نیز کاهش می‌دهد.

سلیمانی بااشاره به اهمیت حمایت‌های اقتصادی از چنین دستاوردهایی در راستای توسعه حمل‌ونقل دریایی گفت: اگر از این طرح پژوهشی، حمایت‌های مالی انجام شود، در تمامی حوزه‌های صنعتی به‌ویژه صنعت حمل‌ونقل دریایی و سکوهای نفتی می‌توان از آن استفاده کرد و کاهش خسارات ابزاری را به‌دنبال دارد.

وی افزود: در انجام این طرح با چالش‌هایی نظیر دسترسی به منابع مواد اولیه، امکانات و تجهیزات مواجه بودیم و به اعتقاد من، ریشه این معضل در ضعف ارتباط میان صنعت و دانشگاه است که متاسفانه این طرح در صنعت هنوز جایگاه خود را پیدا نکرده است.

تولید سوخت از زباله

نیاز روزافزون صنعت حمل‌ونقل به سوخت‌های فسیلی و به‌ویژه بنزین از یک‌سو و روند فرسایشی استخراج نفت از منابع زیرزمینی و تولید سرسام‌آور زباله‌های پلاستیکی از سوی دیگر، سبب شد تا پژوهشگران ایرانی در طرحی با عنوان (تبدیل زباله‌های پلاستیکی آلوده دفن‌شده در زمین به بنزین با عدد اکتان بالا با استفاده از فناوری نانوکاتالیست) تلاش کردند، روشی خلق کنند که دیگر برای تامین سوخت کشتی‌ها به نفت خام نیاز نداشته باشیم. از طرفی هم، چون در سال‌های اخیر عدم‌امکان بازیافت بخش اعظم زباله‌ها و در نهایت دفن آنها در زمین سبب آلودگی گسترده خاک و منابع آبی شده است، پژوهشگران می‌توانند با روش «پیرولیز» علاوه بر تولید سوخت با کیفیت بالا، درصد زیادی از آلودگی‌های دریایی و حواشی سواحل و رودخانه‌ها را بکاهند. واژه پیرولیز از یک واژه یونانی گرفته شده است یعنی شکستن با کمک آتش و حرارت.این پژوهش از سوی امیرحسین سعیدی دهاقانی و سید امیرحسین سیدموسوی با حمایت بنیاد علم ایران انجام شد.

سید امیرحسین سیدموسوی، استاد دانشگاه و پژوهشگر اصلی این طرح در گفت‌وگو با صمت گفت: مبنای اصلی این طرح استفاده از زباله برای تولید سوخت با کیفیت بالا است. در واقع هر آنچه به‌عنوان زباله شناخته می‌شود و دورریختنی است، نظیر قوطی‌های پلاستیکی، نایلون‌های غیرقابل‌استفاده و... در داخل محفظه‌ای به نام رآکتور و با استفاده از ترکیب‌های نانوکاتالیستی در نهایت تبدیل به سوخت باکیفیت می‌شود.

وی در تشریح این فرآیند گفت: وظیفه رآکتور در این سیستم کنترل دما، فشار و شدت جریان‌های داخلی و خارجی زباله‌ها است و در مرحله بعد نانوکاتالیست‌ها با دخالت در ترکیب شیمیایی زباله‌ها، سرعت واکنش را به‌شدت افزایش می‌دهند. در واقع، نانوکاتالیست‌ها نقش اصلی را در تبدیل زباله به سوخت برعهده دارند. برای مثال، مسافتی را فرض کنید که پیمایش آن با پای پیاده یک ساعت طول می‌کشد؛ اما همین مسیر با خودور تنها ۱۰ دقیقه به‌طول می‌انجامد، بنابراین کاتالیست مانند خودرویی است که موجب افزایش سرعت واکنش شیمیایی در رآکتور می‌شود. کاتالیست‌ها در این طرح با کمک فناوری نانو کاملا بومی هستند و صددرصد آن در داخل تولید شده است.

تامین سوخت کشتی‌ها با زباله‌های دریایی

وی افزود: زباله‌های حاشیه سواحل و دریاها آثار مخرب زیادی بر محیط‌زیست می‌گذارند، چراکه درصد بسیار کمی از این زباله‌ها بازیافت می‌شوند و دوباره به چرخه مصرف برمی‌گردند، اما حجم زیادی از آن، موجب مرگ شمار زیادی از آبزیان دریایی می‌شود و حتی در صورت دفن، خاک را هم آلوده می‌کند. طبق منابع علمی رسمی کمتر از ۱۰ درصد این زباله‌ها بازیافت می‌شود و ۳۵۰ سال طول می‌کشد تا آن بخش از زباله که در زمین دفن شده است، در خاک تجریه شود. با کمک روش (پیرولیز)، فرآیند تجزیه به‌جای ۳۵۰ سال، تنها ۴۵ دقیقه طول می‌کشد؛ یعنی در ۴۵ دقیقه زباله تجزیه و به انواع سوخت با به‌سوزی بالا تبدیل می‌شود. در واقع، می‌توان از زباله‌های دریایی برای سوخت شناورها و کشتی‌ها استفاده کرد. موسوی گفت: با جمع‌آوری انواع زباله‌ها چه آنهایی که کنار سواحل ریخته شده‌اند و چه زباله‌های شهری، منبع سوخت با روش (پیرولیز) تامین می‌شود. تمرکزمان روی زباله‌هایی است که قابلیت بازیافت و استفاده مجدد را ندارند. حتی درباره زباله‌های عفونی میکروبی بیمارستانی که باید با پروتکل مشخصی در عمق ۶ متری دفن شوند، می‌توان آنها را با استفاده از نانوکاتالیست‌ها در داخل رآکتور تبدیل به سوخت یا بنزین با عدد اکتان بالای ۹۰ کرد.

به‌گفته وی، عدد اکتان به‌سوزی بنزین را نشان می‌دهد و هرچقدر بالا باشد، آلاینده حاصل از بنزین کمتر خواهد بود و بنزین باکیفیت‌تر است.

وی بااشاره به اینکه با روش (پیرولیز) پساب‌های صنعتی و پتروشیمی کمتر خواهد شد، گفت: فعالیت‌های پتروشیمی معمولا به محیط‌زیست آسیب می‌زنند. یک گالن پساب پتروشیمی ۳هزار و۵۰۰ گالن آب زیرزمینی را آلوده می‌کند. با روش (پیرولیز) می‌توان از پساب پتروشیمی استفاده و انواع سوخت‌های باکیفیت تولید کرد. همچنین، می‌توان به تولید گازهایی برای تولید گرمایش نیز پرداخت. از دیگر موادی که از این فرآیند تولید می‌شوند، سوخت جت است که یخ نمی‌زند و تنها کشورهای عضو ناتو اجازه خرید این سوخت را دارند.

این پژوهشگر بااشاره به شکاف میان میزان تولید و مصرف بنزین در کشور گفت: روزانه ۱۲۲ میلیون لیتر بنزین در کشور مصرف می‌شود، در حالی که میزان تولید ۱۰۸ میلیون لیتر در روز است؛ حال برای پرکردن این شکاف، باید ظرفیت پتروشیمی را بالا ببریم که نیاز به سرمایه‌گذاری زیاد دارد یا بنزین را سهمیه‌بندی کنیم.

موسوی گفت: موادی که در انتهای رآکتور باقی می‌ماند نوعی نانوکربن است که بیضی شکل است که به نام‌های سی ۶۰ و سی ۷۰ شناخته می‌شوند. نانوکربن‌ها در ایران بسیار گران‌نرخ هستند و معمولا وارد می‌کنیم. مزایای اصلی این نانوکربن‌ها تصفیه بالای پساب‌های صنعتی است. فلزهای سمی نظیر سرب، جیوه، کادمیوم، آرسنیک و... را به خود جذب می‌کند. یعنی با روش (پیرولیز) نه‌تنها محیط‌زیست آلوده نمی‌شود، بلکه فلزات سنگین تالاب‌هایی را که ناشی از پسماندهای پتروشیمی درحال‌حاضر آلوده شدن هستند، جذب می‌کند.

وی در ادامه به چالش‌های جمع‌آوری زباله اشاره کرد و گفت: در کشوری که بنزین از آب معدنی ارزان‌تر است، چگونه می‌توان انتظار رشد چنین فرآیندهای فناورانه را داشت. از طرفی هم، مافیا در زباله اجازه رشد چنین فرآیندهایی را نمی‌دهد. تصور کنید تجارت زباله در تهران به شبی ۴ میلیارد تومان می‌رسد. به‌همین‌دلیل دسترسی به زباله در تهران تا حد زیادی غیرممکن است. بنابراین، اجرای روش‌هایی نظیر (پیرولیز) که منجر به کاهش میزان زباله و کاهش آسیب به محیط‌زیست می‌شود، کمابیش محال است. در واقع، دفن زباله به‌نفع باند و مافیای زباله است و سازمان بازیافت هم عملکرد ضعیفی دارد.

سخن پایانی

باتوجه به موارد آورده‌شده در این گزارش، یکی از مزایای روش (پیرولیز) این است که سرمایه‌گذاری برای توسعه آن یک‌صدم پتروشیمی است.

همچنین، مواد حاصل از این فرآیند بنزین‌های اکتان یا فوق‌به‌سوز است که فاقد سرب و آلودگی برای مردم است. از آنجایی که به‌سوزی بنزین برای دولت هزینه زیادی دارد، می‌توان از این فرآیند با صرف هزینه بسیار کم بنزین با اکتان بالا که آلودگی بسیار کمی دارد، تولید کرد.