زهرا وجدانی: بحران آب و کمبود منابع شیرین جهان مهم‌ترین چالش زیست‌محیطی و انسانی قرن به شمار می‌آید. با افزایش جمعیت، تغییرات اقلیمی، آلودگی صنعتی و کاهش منابع آبی زیرزمینی، نیاز به راهکار‌های فناورانه برای تامین آب سالم، تصفیه فاضلاب، بازیافت آب و شیرین‌سازی آب شور بیش از پیش احساس می‌شود.
بحران کم‌آبی در ایران نیز چالشی جدی و رو به تشدید است که تامین آب سالم و پایدار را در بخش‌های شهری، صنعتی و کشاورزی با خطر مواجه کرده است. کاهش منابع زیرزمینی، افت کیفیت آب‌های سطحی، افزایش مصرف و اثرات تغییرات اقلیمی، ضرورت یافتن راهکار‌های نوآورانه برای مدیریت و بهره‌وری منابع آبی را بیش از پیش آشکار کرده است.
در این میان فناوری‌های نوظهور سال ۲۰۲۵ با ارائه راهکار‌هایی همچون غشا‌های پیشرفته، سیستم‌های هوشمند پایش و مدیریت آب، شیرین‌سازی خورشیدی و روش‌های بیولوژیک توانسته‌اند مسیر تازه‌ای برای تامین آب با کیفیت، کاهش هدررفت منابع و افزایش پایداری اکولوژیک ایجاد کنند.
در این گزارش با بررسی دقیق و علمی این فناوری‌ها به نقش کلیدی نوآوری در مقابله با بحران کم‌آبی و تحول مدیریت منابع آب در ایران و جهان می‌پردازیم.
غشا‌های پیشرفته قلب جدید تصفیه آب
یکی از محور‌های اصلی نوآوری در ۲۰۲۵ توسعه نسل جدید غشاها برای تصفیه آب، حذف آلاینده‌ها و شیرین‌سازی آب شور است. ماده مروری Emerging membrane technologies for sustainable water treatment که در این سال منتشر شده، پیشرفت در ساخت غشا‌های نانوکامپوزیت، بیومیمتیک، کامپوزیت لایه نازک (thin-film composite) و فناوری Forward Osmosis (اسمز رو به جلو) را برجسته کرده است.
غشا‌های جدید با ساختار‌هایی هیبریدی و استفاده از نانومواد یا بیومواد مقاومت بیشتری در برابر گرفتگی (fouling) دارند و در عین حال توان حذف یون‌ها، فلزات سنگین و حتی میکروآلاینده‌ها را بهبود داده‌اند. این پیشرفت‌ها باعث کاهش مصرف انرژی، افزایش دوام غشاها و کاهش هزینه‌های نگهداری شده و امید‌ها را برای کاربرد گسترده در شیرین‌سازی آب دریا یا آب لب‌شور تقویت کرده است.
در کنار غشا‌های سنتی مانند RO (اسمز معکوس)، UF (اولترافیلتراسیون) و NF (نانو‌فیلتراسیون)، غشا‌های پیشرفته و ترکیبی رو به رشد‌اند. این فناوری‌ها به‌دلیل بازده بالا و انعطاف در تنظیم سطح تصفیه (از حذف ذرات معلق تا یون‌ها و آلاینده‌های کوچک) برای مصارف صنعتی، آشامیدنی و حتی تولید آب صنعتی مناسب‌اند.
در ایران نیز پتاسیل این فناوری از پیش روشن بود، اما گزارش‌های داخلی بیان می‌کنند که به دلایل‌های متنوع توسعه آن متوقف شد؛ هرچند امروز کشور‌های پیشرفته در آب‌شیرین‌کن‌ها و تصفیه‌خانه‌ها قلب سیستم را بر پایه همین غشاها گذاشته‌اند.
شیرین‌سازی و نمک‌زدایی هوشمند: از اسمز تا CDI و EDI
فناوری‌های اسمز معکوس (RO) سال‌هاست کاربرد گسترده دارند، اما در ۲۰۲۵ چند روش جایگزین یا مکمل با کارایی و مصرف انرژی کمتر به چشم می‌خورند:
• Capacitive Deionization (CDI): روشی الکترواسورپشن که با اعمال میدان الکتریکی میان الکترود‌های متخلخل (معمولا کربنی)، یون‌ها (کاتیون و آنیون) را از آب حذف می‌کند CDI به‌ویژه در تصفیه آب لب‌شور یا آب با شوری متوسط (کمتر از حدود ۱۰ گرم بر لیتر) کارآمد است و نسبت به RO و تقطیر انرژی کمتری مصرف می‌کند.
• Electrodeionization (EDI): فرآیندی که برای تولید آب بسیار خالص (ultrapure water) به کار می‌رود. EDI معمولا به‌عنوان مرحله نهایی پس از RO استفاده می‌شود و با عبور یون‌ها از رزین تبادل یونی تحت جریان مستقیم (DC)، آب تقریبا عاری از یون تولید می‌کند. این روش در صنایع حساس مثل الکترونیک یا داروسازی کاربرد دارد.
استفاده از این روش‌ها به‌عنوان جایگزین یا مکمل اسمز معکوس به کاهش مصرف انرژی و هزینه تولید آب شیرین کمک می‌کند.
ترکیب سنسورها، هوش مصنوعی و کنترل خودکار
پیشرفت در فناوری اطلاعات و اینترنت اشیا (IoT) به تحول در مدیریت منابع آبی منجر شده است. سیستم‌های هوشمند کنترل و پایش کیفیت آب در ۲۰۲۵ به سطحی رسیده‌اند که می‌توانند در زمان واقعی پارامترهایی، چون pH، کدورت (turbidity)، غلظت آلاینده‌ها و جریان فاضلاب را تحت نظر بگیرند و بر اساس آن خودکار فرایند‌های تصفیه را تنظیم کنند.
تحقیقی نیز در سال ۲۰۲۵ پیشنهاد کرده است که تصفیه‌خانه‌های فاضلاب را به واحد‌های بازیابی منابع (water resource recovery facilities) تبدیل کند: سیستم کنترلی مبتنی بر مدل پیش‌بینی (model predictive control) که علاوه بر تولید آب بازپس‌گرفته برای مصارف صنعتی، کشاورزی یا محیط‌زیستی، بیوگاز کافی نیز تولید می‌کند تا هزینه انرژی خالص سیستم صفر یا منفی شود.
با این رویکرد تصفیه فاضلاب نه صرفا پایان زباله‌آب بلکه نقطه آغاز یک چرخه منابع می‌شود: آب بازیافت‌شده، انرژی تولیدی و کاهش اثرات زیست‌محیطی همزمان با هم محقق می‌شوند.
پاک‌سازی فاضلاب با طبیعت
علاوه بر فناوری‌های غشایی و الکتروشیمیایی، روش‌های بیولوژیک و مبتنی بر طبیعت نیز در ۲۰۲۵ رونق یافته‌اند:
• میکروبیال دسالینیشن (MDC): سیستمی که از باکتری‌های الکترو اکتیو استفاده می‌کند تا به‌طور همزمان فاضلاب یا آب شور را تصفیه و یون‌ها را حذف کند، بدون نیاز به ترکیبات واسطه شیمیایی. این رویکرد از سوخت سلول‌های میکروبی (microbial fuel cells) مشتق شده است و برای مناطقی با منابع محدود آب و انرژی نویدبخش است.
• بایورمدیشن و بیواگمنتیشن: افزودن میکروارگانیسم‌های تخصصی یا تقویت شرایط محیطی برای افزایش تجزیه مواد آلی و آلاینده‌ها. برخی سیستم‌ها نیز از جلبک‌ها یا گیاهان تصفیه‌کننده طبیعی برای جذب مواد مغذی و فلزات سنگین استفاده می‌کنند.
این روش‌ها با بهره‌گیری از فرایند‌های طبیعی، هزینه انرژی و مواد شیمیایی مصرفی را کاهش می‌دهند و گزینه‌ای پایدار و سازگار با طبیعت برای تصفیه فاضلاب یا بازچرخانی آب به شمار می‌روند.
فناوری خورشیدی و شیرین‌سازی با کارایی بالا
تعیین راهکار‌هایی کم‌هزینه، کم‌انرژی و متکی بر منابع تجدیدپذیر از دیگر روند‌های مهم ۲۰۲۵ است. استفاده از انرژی خورشیدی در شیرین‌سازی آب (solar desalination) یکی از این مسیرهاست:
تحقیقات جدید نشان داده‌اند که با بهره‌گیری از ساختار‌های چوبی دلیگنیفاید (delignified) پوشش‌داده‌شده با نانولوله‌های کربنی (carbon nanotubes)، می‌توان ظرفیت تبخیر آب را به‌طور چشمگیری افزایش داد. در این طرح ساختار مویرگی چوب آب را به سطح می‌کشد و با جذب نور خورشید و تبدیل آن به گرما، آب را تبخیر می‌کند. این روش با کاهش هدررفت انرژی و استفاده از مواد زیست‌تجزیه‌پذیر یک راهکار پایدار برای تولید آب شیرین در مناطق آفتاب‌خیز است.
همچنین این فناوری می‌تواند در سیستم‌های
Zero Liquid Discharge (ZLD) به کار رود، جایی که هدف بازیابی کامل آب و کاهش پساب مایع به کمینه ممکن است.
بازچرخانی، بازیابی منابع و آینده پایدار
در سال ۲۰۲۵ مفهوم اقتصاد چرخشی آب (circular water economy) به اجرا نزدیک‌تر شده است. این رویکرد به دنبال آن است که آب نه به‌عنوان کالایی یک‌بار مصرف بلکه به منبعی مداوم تبدیل شود. فناوری‌هایی مانند تصفیه فاضلاب، بازچرخانی آب، بازیابی مواد مغذی (مثل نیتروژن و فسفر)، تولید بیوگاز و حتی استخراج مواد با ارزش از پساب همگی در چارچوب این مدل قرار می‌گیرند.
نمونه‌هایی از این روند عبارتند از سیستم‌های فاضلاب هوشمند با کنترل پیش‌بینی‌کننده، پروژه‌های مبتنی بر نانو و بیولوژی برای تصفیه و شیرین‌سازی خورشیدی که مصرف انرژی را کاهش می‌دهند. این ترکیب از فناوری‌های متنوع می‌تواند به مدیریت پایدار منابع آب در مناطق خشک یا پرجمعیت کمک کند.
از تصفیه تا تولید برق از آب
نوآوری‌های یادشده تنها در مرحله آزمایش یا ایده نیستند؛ برخی اکنون وارد فاز اجرا شده‌اند:
۱. ژاپن در سال ۲۰۲۵ نخستین نیروگاه تولید برق از طریق قدرت اسمزی (osmotic power) خود را در فوکوکا راه‌اندازی کرد؛ این نیروگاه با استفاده از اختلاف شوری بین آب شیرین و آب شور، برق تولید می‌کند و می‌تواند آب شیرین برای مصارف شهری و حتی شیرین‌سازی تامین کند. در سال‌های آینده انتظار می‌رود این نوع نیروگاه‌ها به بخشی از زیرساخت انرژی و آب بسیاری از کشور‌ها بدل شوند.
۲. ابتکار XPRIZE Water Scarcity با حمایت امارات متحده عربی در ۲۰۲۵ نیز برای شتاب بخشیدن به توسعه فناوری‌های نوآورانه در زمینه شیرین‌سازی و تصفیه آب راه‌اندازی شد؛ جایزه ۱۱۹ میلیون دلاری این رقابت انگیزه بزرگی برای شرکت‌ها و محققان ایجاد کرده است تا راهکار‌های پایدار و مقیاس‌پذیر ارائه دهند.
این اقدامات نشان می‌دهند که نوآوری در حوزه آب صرفاً نظری نیست بلکه در حال تبدیل شدن به بخش جدی زیرساخت‌های جهانی است.
چرا ۲۰۲۵ نقطه عطف است؟
ترکیب چند عامل باعث شده است ۲۰۲۵ به سالی مهم برای فناوری آب تبدیل شود:
• شدت گرفتن بحران آب و بی‌آبی در بسیاری از کشور‌ها
• فشار بر منابع زیرزمینی و کمبود آب شیرین
• نیاز صنایع و شهر‌ها به آب با کیفیت بالا و کم هزینه
• پیشرفت در نانو، بیولوژی، الکترونیک و هوش مصنوعی
• گرایش جهانی به اقتصاد چرخشی، تولید پایدار و کاهش مصرف منابع
به این ترتیب فناوری آب نه یک انتخاب لوکس بلکه نیاز اساسی برای امنیت آب، بهداشت عمومی، توسعه پایدار و حفظ محیط زیست است.
ضرورت انتقال دانش برای ایران
در سال ۲۰۲۵ فناوری‌های نوظهور در حوزه آب وارد مرحله‌ای شدند که قابل اجرا، مؤثر و اقتصادی هستند. غشا‌های پیشرفته، CDI، EDI، شیرین‌سازی خورشیدی، سیستم‌های هوشمند مدیریت آب، روش‌های بیولوژیک و اقتصاد چرخشی همگی مسیر تازه‌ای برای تامین و تصفیه آب ترسیم کرده‌اند؛ مسیری که با کاهش مصرف انرژی به حداقل رساندن پساب، بازیابی منابع و پایداری زیست‌محیطی همراه است.
برای کشور‌هایی مانند ایران که با بحران آب، کاهش منابع زیرزمینی و آلودگی روبه‌رو هستند، این نوآوری‌ها فرصتی طلایی هستند. انتقال دانش و فناوری، سرمایه‌گذاری در پژوهش و توسعه شرکت‌های دانش‌بنیان و سیاست‌گذاری هوشمندانه برای به‌کارگیری غشاها، آب شیرین‌کن‌های خورشیدی، سیستم‌های بازیافت و پایش هوشمند می‌تواند بخش مهمی از راه حل بحران آب باشد.
آینده تامین آب نه تنها به نوآوری‌های فنی وابسته است، بلکه به یک رویکرد جامع و یکپارچه برای مدیریت منابع، حفاظت از محیط زیست و توسعه پایدار نیز پیوند خورده است؛ مسیری که می‌تواند امنیت آبی و سلامت جامعه را تضمین کند و نسل‌های آینده را از بحران‌های کم‌آبی مصون دارد.
با این حال پرسش چالشی و کلیدی همچنان باقی است: با وجود دسترسی جهان به این فناوری‌ها و موفقیت‌های بین‌المللی در کاهش بحران آب ایران چه زمانی و چگونه قصد دارد این الگو‌ها را به‌طور عملیاتی بومی‌سازی کند تا بتواند خود را از فشار‌های شدید کم‌آبی نجات دهد و مسیر توسعه پایدار و مدیریت منابع آبی را تضمین کند؟
انتهای پیام/