به گزارش ایسنا، برای مقابله با کم‌آبی، استارتاپ‌های فعال در حوزه مدیریت آب در حال توسعه فناوری‌هایی برای شیرین‌سازی آب، پردازش فاضلاب و فناوری‌های صرفه‌جویی در مصرف آب هستند. علاوه بر این، فیلتراسیون پیشرفته و مواد نوآورانه روش‌های موجود، بازیابی و استفاده مجدد از آب را به راهکارهای پایدار و مقرون‌به‌صرفه تبدیل کرده‌اند. زیرساخت‌های آب غیرمتمرکز دسترسی به آب آشامیدنی در مناطق دورافتاده را بهبود بخشیده‌اند. در نهایت، فناوری‌های نوظهور فراتر از صرف صرفه‌جویی در آب رفته‌اند؛ به عنوان مثال، راهکارهای مدیریت آب ترکیبی از پیشگیری از سیل، ایمنی آب و استفاده مجدد را به‌همراه دارند.
در این گزارش قصد داریم نگاهی بیندازیم به برخی از فناوری‌هایی که برای استفاده بهبود یافته‌تر از منابع محدود آب در جهان توسعه یافته‌اند و همچنین نگاهی خواهیم انداخت به یکی از کشورهای خاورمیانه با اقلیم خشک و منابع آب محدود که گام‌هایی در جهت بهبود مدیریت آب برداشته است.
مدیریت دیجیتال آب
افزایش تقاضای جهانی آب و نیاز به نگهداری زیرساخت‌های قدیمی، رشد مدیریت دیجیتال آب را ضروری کرده است. فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی (AI)، حسگرهای اینترنت اشیاء (IoT) و کنتورهای پیشرفته، امکان کنترل کیفیت و کمیت آب، مدیریت از راه دور دارایی‌ها و استفاده مسئولانه از آب را فراهم می‌کنند.
همچنین، سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، دوقلوهای دیجیتال و فناوری‌های واقعیت افزوده و مجازی (AR/VR) موقعیت‌های مختلف را مدل‌سازی و تجسم می‌کنند تا ناهنجاری‌ها شناسایی و از آسیب‌های احتمالی پیشگیری شود. فناوری‌های ۵G، بلاکچین و فضای ابری، سرعت و امنیت داده‌ها را تضمین می‌کنند. به این ترتیب، فناوری‌های دیجیتال تصمیم‌گیری و کارایی شرکت‌های آب‌رسانی را بهبود می‌بخشند.
تصفیه فاضلاب
مقادیر زیادی فاضلاب بدون تصفیه کافی رها می‌شوند. کنترل ناکافی مصرف آب در فعالیت‌های صنعتی و مسکونی باعث آلودگی منابع آب شیرین می‌شود. نوآوری‌های نوظهور در پردازش فاضلاب به دنبال بازیابی مؤثر آب مصرف‌شده در صنایع مختلف هستند.
فناوری‌هایی مانند فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته، جذب/زیست‌جذب و روش‌های زیستی و بی‌هوازی نتایج امیدوارکننده‌ای نشان می‌دهند. در ترکیب با تابش خورشیدی، این روش‌ها به‌طور مؤثر آلاینده‌ها را جذب کرده و مقدار لجن تولیدی را از طریق تجزیه میکروبی کاهش می‌دهند. به این ترتیب، راهکارهای پردازش فاضلاب آلودگی‌ها را کاهش داده و نیازهای آبی را برآورده می‌کنند.
فیلتراسیون پیشرفته
به دلیل مشکل جدی کم‌آبی، استارتاپ‌ها به روش‌های تازه و خلاقانه فیلتراسیون آب توجه بیشتری دارند. پیشرفت‌های نانوفناوری امکان توسعه غشاهای فیلتراسیون را فراهم کرده است که ریزآلودگی‌هایی را که گرفتن آنها سخت است، حذف می‌کنند. غشاهای نانوکامپوزیت با خواص شیمیایی بهبود یافته، نسبت به روش‌های سنتی، نفوذپذیری و انتخاب‌پذیری بالاتری دارند.
فناوری مهم دیگر، فیلتراسیون زیستی است که با استفاده از باکتری‌ها آب را تصفیه کرده و انرژی حاصل از اکسیداسیون را به برق تبدیل می‌کند. به همراه فیلترهای طبیعی و خودتمیزشونده، این پیشرفت‌ها به صرفه‌جویی در انرژی و کاهش هزینه‌های فیلتراسیون کمک می‌کنند.
پیشگیری از سیل
گرمایش جهانی احتمال وقوع خشکسالی‌ها و سیل‌های شدید را افزایش داده است. پیشرفت‌های اخیر تنها شامل طراحی بهتر دستگاه‌ها نیست، بلکه راهکارهایی برای پایش، پیش‌بینی و مدل‌سازی بلایا نیز فراهم شده است. دروازه‌های پیشرفته آب، سیستم‌های محافظت‌کننده از املاک، سدها و موانع سیل، واکنش سریع به بلایا را تضمین می‌کنند. همچنین، سیستم‌های پهپاد و ماهواره‌ای داده‌های حیاتی را از میان ابرها و موانع جمع‌آوری می‌کنند.
با ترکیب نقشه‌برداری لیدار (LiDAR) و رادارهای هواشناسی، استارتاپ‌ها جهت باد را اندازه‌گیری و بارندگی‌ها را پیش‌بینی می‌کنند. علاوه بر این، مدل‌سازی پیشرفته بلایا، پیامدهای مالی احتمالی را برای تصویر جامع‌تر ارائه می‌دهد. این فناوری‌ها روش‌های سنتی پیشگیری از سیل را بازنگری و مدیریت خطر را بهبود می‌بخشند.
فناوری‌های صرفه‌جویی در مصرف آب
با چالش‌های روزافزون در دسترسی به آب شیرین، تقاضای جهانی برای فناوری‌های صرفه‌جویی آب افزایش یافته است. این روند شامل استفاده مجدد و بازیافت آب، آبیاری هوشمند و صرفه‌جویی خانگی است. برای تحقق این موضوع، استارتاپ‌ها، شیرآلات و سرشیرهای مناسب برای صرفه‌جویی در مصرف آب را طراحی می‌کنند که جریان آب را کنترل، مقدار مصرف را محدود و آب را برای کاربردهای دیگر هدایت می‌کنند.
علاوه بر این، فناوری‌های جدید بازیافت منابع و مواد مغذی ارزشمند را ممکن می‌کند. روش‌های آبیاری مؤثر، کشاورزی دقیق را با اندازه‌گیری و کاهش آبیاری بیش از حد پیش می‌برند. به این ترتیب، استارتاپ‌ها با مجموعه‌ای از رویکردها، صرفه‌جویی در مصرف آب را در موقعیت‌های مختلف بهبود می‌دهند.
زیرساخت‌های غیرمتمرکز
علاقه به زیرساخت غیرمتمرکز آب به عنوان راهکاری برای افزایش تاب‌آوری جوامع، رو به رشد است. درمان الکتروکوآگولاسیون مدولار و قابل حمل، کاربران را از سیستم‌های متمرکز که در مناطق دورافتاده در دسترس نیستند، مستقل می‌کند. الکتروکوآگولاسیون (Electrocoagulation) یک روش تصفیه آب و فاضلاب است که در آن با استفاده از جریان برق، ذرات معلق، آلودگی‌ها و ناخالصی‌ها در آب به هم چسبیده و ته‌نشین می‌شوند. در این فرایند، الکترودهایی در آب قرار می‌گیرند و با عبور جریان برق، یون‌هایی آزاد می‌شوند که باعث تجمع و ته‌نشینی ذرات کثیف و آلاینده‌ها می‌شوند. این روش نسبت به برخی روش‌های دیگر، سریع، کم‌هزینه و مؤثر در حذف آلاینده‌هاست. علاوه بر این، سیستم‌های آب شخصی شامل تامین آب خارج از شبکه است که توسط فناوری‌های دیجیتال در لحظه و اپلیکیشن‌های پیگیری تسهیل می‌شود. در همین حال، راهکارهای آب در منزل روش‌های جایگزین تامین آب را با تبدیل هوا به آب ارائه می‌کنند. به این ترتیب، این روش توزیع شده هزینه‌ها و ریسک‌های مرتبط با زیرساخت قدیمی را کاهش داده و تاب‌آوری کلی را بهبود می‌بخشد.
مواد نوآورانه
به گزارش خبرنگار ایسنا، پیشرفت‌های اخیر در علوم مواد فرصت‌های جدیدی را برای غلبه بر چالش‌های تامین آب فراهم کرده است. مواد نوآورانه مانند جاذب‌های مدولار، راکتورهای مبتنی بر الکترود، فتوکاتالیست‌ها و نانوذرات، فناوری‌های کلیدی در این روند هستند.
خواص شیمیایی و مکانیکی مطلوب این مواد، ردپای زیست‌محیطی کوچک‌تر و بهبود انتخاب‌پذیری، کارایی و قابلیت اطمینان را فراهم می‌کنند. با ترکیب مواد با خواص مختلف، استارتاپ‌ها سیستم‌های چندکاره‌ای توسعه می‌دهند که چندین عملکرد در مدیریت آب را به انجام می‌رسانند.
سیستم‌های آب‌شیرین‌کن
فرآیند آب‌شیرین‌کن، صنعتی است که به مقدار زیادی مواد شیمیایی و انرژی نیاز دارد. بنابراین، استارتاپ‌ها روی توسعه راهکارهای نوآورانه و دوستدار محیط زیست تمرکز دارند که هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. روش‌های جدید آب‌شیرین‌کن از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی برای کاهش انتشار کربن استفاده می‌کنند.
روش‌های دیگر از الگوگیری زیستی بهره می‌برند که به وسیله آن گیاهان و ماهی‌ها با حداقل انرژی، آب شیرین را از دریا استخراج می‌کنند. همچنین، فناوری نوآورانه مبتنی بر آکوآپورین‌ها به صورت هدفمند نمک را از آب جدا می‌کند.
آکوآپورین‌ها (Aquaporins) کانال‌های پروتئینی خاصی هستند که در غشای سلولی وجود دارند و به طور تخصصی اجازه عبور سریع و کنترل شده آب از داخل و خارج سلول‌ها را می‌دهند، بدون اینکه مواد دیگر رد شوند. به زبان ساده، این کانال‌ها مثل «مسیرهای ویژه آب» عمل می‌کنند که به سلول کمک می‌کنند تا آب را خیلی سریع و کارآمد منتقل کند. بدین ترتیب، آب‌شیرین‌کن نوین فراتر از روش‌های گران‌قیمت و مبتنی بر سوخت‌های فسیلی حرکت می‌کند.
تجربه یکی از کشورهای خاورمیانه با اقلیم خشک و منابع آب محدود
در این میان اردن کشوری با درآمد متوسط به بالا است که اقتصاد آن تحت تاثیر شوک‌های اقتصادی جهانی مانند همه‌گیری کووید-۱۹ و جنگ اوکراین قرار گرفته است. این کشور یکی از کشورهایی است که با بیشترین فشار بحران آب در جهان مواجه بوده و با چالش‌های جدی در زمینه منابع آب روبرو است که این مشکلات با تغییرات اقلیمی، خشکسالی‌های پی‌درپی و کاهش بارندگی تشدید شده است. میزان تجدیدپذیری منابع آبی در این کشور بسیار پایین بوده و سالانه تنها ۹۳ متر مکعب آب تجدیدپذیر به ازای هر نفر موجود است که این مقدار ۴۰۰ متر مکعب کمتر از آستانه کمبود مطلق آب است. اردن در یکی از خشک‌ترین مناطق جهان قرار دارد و منابع تامین آب اردن از سه بخش اصلی تشکیل شده‌اند: آب رودخانه‌ها (۳۲ درصد)، آب‌های زیرزمینی (۵۳ درصد) و آب‌های پساب تصفیه‌شده (۱۵ درصد). به دلیل رشد جمعیت، فشار بر منابع آب افزایش یافته است.
استفاده بیش از حد از آب‌های زیرزمینی که از دهه ۱۹۸۰ آغاز شده، عمدتا برای کشاورزی، به کاهش قابل توجه منابع آب منجر شده است. مصرف آب کشاورزی نزدیک به ۶۰ درصد از کل مصرف آب کشور را تشکیل می‌دهد و با وجود محدودیت‌ها، تعداد چاه‌های غیرمجاز رو به افزایش است. برداشت فعلی آب زیرزمینی سه برابر میزان بازگشت طبیعی آن است و این باعث افت سطح آب‌های زیرزمینی بیش از پنج متر در سال شده است. پیش‌بینی می‌شود بسیاری از چاه‌های فعلی به زودی خشک شوند.
افزایش دمای هوا بین ۱.۵ تا ۲ درجه سانتیگراد طی دو دهه گذشته و پیش‌بینی افزایش بین ۱.۵ تا ۳.۷۵ درجه سانتیگراد تا پایان قرن، شرایط اقلیمی اردن را بسیار شکننده کرده است. همچنین کیفیت آب نیز به دلیل افزایش شوری و آلودگی کاهش خواهد یافت که نیاز به تصفیه‌های پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر را افزایش می‌دهد.
به گزارش ایسنا، اردن علاوه بر کمبود آب، با چالش‌های ناشی از وقوع سیلاب‌های شدید و خشکسالی‌های متناوب مواجه است که به کشاورزی و بخش گردشگری به ویژه در جنوب این کشور آسیب می‌زند. با این حال، این وقایع فرصتی را برای افزایش نفوذ آب باران به سفره‌های زیرزمینی و بازسازی منابع آب زیرزمینی فراهم می‌کنند که تاکنون در برنامه‌ریزی‌ها کمتر مورد توجه بوده است.
برای پاسخ به این چالش‌ها، برنامه جامع مدیریت منابع آب اردن (NWMP-۳) با همکاری سازمان‌های بین‌المللی و وزارتخانه‌های مرتبط تهیه شده است. این برنامه برای اولین بار اثرات تغییرات اقلیمی را در برنامه‌ریزی استراتژیک منابع آب وارد کرده است. تحلیل‌های سطح شهری به پیش‌بینی عرضه و تقاضای آب کمک کرده و نشان داده است که تولید آب تجدیدپذیر از منابع زیرزمینی کاهش قابل توجهی خواهد داشت که تنها با سرمایه‌گذاری گسترده در فناوری آب‌شیرین‌کن‌ها قابل جبران است.
پروژه بزرگ آب‌شیرین‌کن عقبه-عمان، با ظرفیت ۳۰۰ میلیون متر مکعب در سال، به عنوان بزرگ‌ترین تاسیسات آب‌شیرین‌کن در جهان، در حال توسعه است تا بخشی از کمبودهای آینده را جبران کند.
یکی از فرصت‌های مهم برای افزایش مقاومت در برابر کمبود آب در اردن، استفاده از پساب‌های تصفیه‌شده است. پروژه‌های مختلفی با هدف ارتقاء کیفیت پساب‌های تصفیه‌شده و افزایش بهره‌وری تصفیه‌خانه‌ها در حال اجرا است. این پروژه‌ها همچنین به کاهش مصرف برق و افزایش توانمندی‌های فنی و مدیریتی کارکنان مرتبط می‌پردازند.
حدود ۹۱ درصد از پساب تصفیه‌شده در بخش کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد و در سال ۲۰۲۰، پساب تصفیه‌شده ۱۵ درصد از منابع آبی این کشور را تشکیل داده است. شبکه‌های آبیاری با پساب در دره اردن و مناطقی مانند شهرهای آقابا و عمان توسعه یافته است که منجر به کاهش نیاز به آب شیرین شده است.
از جمله راهکارهای پیشنهادی برنامه جامع مدیریت منابع آب اردن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بهبود هماهنگی و برنامه‌ریزی ملی منابع آب: تخصیص منابع آب باید مبتنی بر داده‌های دقیق و هماهنگی بین تمامی ذینفعان صورت گیرد.
- تشکیل کمیته تخصیص منابع آب: این کمیته متشکل از تمام ذینفعان باید به صورت ماهانه تشکیل جلسه داده و میزان تخصیص آب به بخش‌های مختلف را تعیین کند.
- قیمت‌گذاری منصفانه و مبتنی بر هزینه: هزینه‌های واقعی تامین، تصفیه و توزیع آب باید در قیمت‌گذاری لحاظ شود تا مصرف بهینه شود.
- استفاده از پساب تصفیه‌شده برای مصارف صنعتی: به منظور کاهش وابستگی به منابع آب زیرزمینی، پساب تصفیه‌شده به صورت گسترده‌تر در صنعت مورد استفاده قرار گیرد.
- ایجاد مشوق برای کشاورزان جهت استفاده از پساب: توسعه سیستم‌های پایش مصرف آب و افزایش آگاهی کشاورزان برای استفاده از پساب.
- تصمیم‌گیری مبتنی بر داده: استفاده از ابزارهای تحلیل داده و مدل‌سازی برای بهبود تصمیمات در زمینه سرمایه‌گذاری و مدیریت منابع آب.
اردن با چالش‌های پیچیده‌ای در مدیریت منابع آب روبرو است که شامل رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی و کاهش منابع آب می‌شود و برنامه جامع مدیریت منابع آب اردن گام مهمی در شناسایی شکاف تقاضا و تامین آب در سطح شهری بوده است.
در جهانی که منابع آب شیرین به شدت محدود و تغییرات اقلیمی تهدیدی جدی برای تامین پایدار آب به شمار می‌رود، مدیریت هوشمند و بهره‌گیری از فناوری‌های نوین به‌عنوان راهکارهایی ضروری برای افزایش تاب‌آوری جوامع مطرح شده‌اند. از تصفیه و بازیافت فاضلاب گرفته تا آب‌شیرین‌کن‌ها، فیلتراسیون پیشرفته و زیرساخت‌های غیرمتمرکز، فناوری‌ها نقش محوری در حفظ و بهینه‌سازی منابع آب ایفا می‌کنند.
نمونه‌هایی مانند اردن، کشوری با اقلیم خشک و منابع آب محدود، نشان می‌دهد که حتی در شرایط سخت نیز می‌توان با برنامه‌ریزی جامع، سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین و بهبود سیاست‌های مدیریتی، گام‌های مؤثری در جهت مدیریت پایدار آب برداشت. استفاده گسترده از پساب تصفیه‌شده، توسعه پروژه‌های آب‌شیرین‌کن و اجرای برنامه‌های هوشمند مدیریت آب، مسیر موفقیت در این حوزه را روشن‌تر می‌کند.
در نهایت، تضمین امنیت آبی برای نسل‌های آینده نیازمند همکاری بین‌المللی، هم‌افزایی فناوری و مشارکت فعال جوامع است. تنها از طریق این رویکرد جامع می‌توان بر چالش‌های پیچیده آب غلبه کرد و به توسعه پایدار در سطح جهانی دست یافت.
انتهای پیام