پنج فناوری نوآورانه حفظ و مدیریت آب کدامند؟

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل واتر آنلاین،یکی از مشکلات بزرگ جهان کمبود آب است، اما با توجه به تقاضای روزافزون برای آب در زمینه‌های کشاورزی و صنعت و همچنین مهاجرت جمعیت به شهرها، استفاده بهینه از آب ضروری‌تر شده است.

فناوری‌های نوآورانه، شیوه‌های سنتی حفظ و مدیریت آب را برای ما تغییر می‌دهند. از سیستم‌های آبیاری مبتنی بر هوش مصنوعی گرفته تا تصفیه آب مبتنی بر فناوری نانو.

دوستداران محیط زیست امیدوارند فناوری‌های جدیدی برای حل سریع‌تر مشکل کمبود آب وجود ارائه شود.

با پیشرفت این فناوری‌ها، آنها به عنوان یک عامل کلیدی در سلامت سبز زندگی بر روی زمین مادر عمل خواهند کرد و شرکت ها، دولت‌ها و مردم به طور کلی تشویق می‌شوند از آنها استفاده کنند و به این ترتیب فناوری نیروی محرکه حفظ طبیعت می‌شود.

امروزه فناوری‌های جدیدی ارائه شده است که می‌تواند به حفظ و مدیریت آب کمک کند. در این گزارش پنج فناوری اصلی و مهم در این حوزه معرفی می‌شود.

نانوفناوری در تصفیه آب

راه حل‌های پیشرفته ارائه شده توسط نانوفناوری برای تصفیه و فیلتراسیون آب، با دستکاری مواد در سطح مولکولی یا اتمی انجام می‌شود. با استفاده از مناسب‌ترین فناوری‌ها می‌توان نانومواد را برای تولید فیلتر مدیا‌های جدید ساخت.
 
تخمین زده می‌شود که ارزش بازار نانومواد از ۱۵.۷۹ میلیارد دلار سال ۲۰۲۳ به بیش از ۵۳.۰۳ میلیارد دلار در سال ۲۰۳۱ برسد. پیش بینی می‌شود این بازار که در سال ۲۰۲۴ به میزان ۱۸.۰۹ میلیارد دلار رشد می‌کند، از ۲۰۲۴ تا ۲۰۳۱ با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) ۱۶.۳ درصد افزایش یابد. از این فیلتر‌ها می‌توان برای ایجاد فیلتر‌های بسیار کارآمد استفاده کرد که می‌توانند آلاینده‌های خاصی مانند باکتری ها، ویروس ها، فلزات سنگین و ترکیبات آلی را از آب حذف کنند.

غشا‌های تصفیه کننده نانویی، انتخابی‌تر از فیلتر‌های معمولی عمل می‌کنند به طوری که می‌توانند طیف وسیع تری از آلاینده‌ها را حذف کرده و در عین حال مقدار بیشتری آب را از خود عبور دهند. این غشا‌ها به ویژه در تصفیه فاضلاب و حذف ریزآلاینده‌هایی خوب عمل می‌کنند که با روش‌های معمولی قابل حذف نیستند. نانوذرات با افزایش سطح و فعالیت می‌توانند آلاینده‌ها را از آب به طور موثرتری نسبت به مواد معمولی جذب کنند. به عنوان مثال، اکسید گرافن که یکی از انواع نانومواد مبتنی بر کربن است، راه حل نوید بخشی را برای حذف فلزات سنگین و همچنین سایر آلاینده‌ها از منابع آبی به تصویر می‌کشد.

سیستم‌های آبیاری هوشمند

کشاورزی تقریبا هفتاد درصد از کل مجموعه آب روی زمین را مصرف می‌کند. بنابراین، آبیاری هوشمند عامل اصلی حفظ آب است. آبیاری هوشمند تنها راه حلی است که می‌تواند با آب بسیار کم، آبیاری اثربخش را به انجام رسانده و مدیریت آب کشاورزان را متحول می‌کند. 

این راه حل‌های پیشرفته از حسگرها، تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های پیش بینی آب و هوا برای هدایت مقدار، تحویل و زمان آبیاری مناسب برای محصولات بهره می‌برند تا با حداقل تلفات آب، موثرترین مدیریت آب صورت بگیرد.

در این شیوه کشاورزان از ابزار‌هایی برای اندازه گیری مقدار آب موجود در خاک استفاده می‌کنند و به این ترتیب، با داده‌های مورد نیاز خود آشنا شده و می‌توانند بر اساس آن داده‌ها تصمیم بگیرند که چگونه و هر چند وقت یکبار آبیاری کنند. حسگر‌های رطوبت خاک، باعث کاهش هدررفت آب و در عین حال افزایش عملکرد محصول شده و این کار را با کاهش آبیاری بیش از حد انجام می‌دهند.

سازوکار‌های هوش مصنوعی نیز، داده‌های به دست آمده از بسیاری از مؤلفه‌ها مانند حسگر‌های رطوبت قرار داده شده در خاک، پیش بینی آب و هوا و تصاویر ماهواره‌ای برای عرضه برنامه‌های آبیاری متناسب با نیاز‌ها استفاده کنند. به لطف آبیاری هوشمند که می‌تواند مصرف آب را کاهش دهد، تعداد روز‌های غرقابی غیرضروری در بسیاری از موارد به نصف کاهش می‌یابد. به عنوان یک مثال، سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی می‌توانند با پیش بینی بارندگی احتمالی آینده، زمان آبیاری را برای صرفه جویی در مصرف آب و انرژی تنظیم کنند.

نوآوری و دقت، میوه‌هایی هستند که در طول زمان با استفاده از فناوری که ریشه در گذشته دارد، یعنی آبیاری قطره‌ای به دست آمده اند. انواع معاصر آبیاری سیستم قطره‌ای متصل به ابر، اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هستند که از تامین آب اطمینان حاصل می‌کنند و باعث صرفه جویی بیشتر در مصرف آب کشاورزی در مقیاس بزرگ می‌شوند.

هوش مصنوعی و بیگ دیتا برای مدیریت آب 

هوش مصنوعی (AI) و تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ (بیگ دیتا) نقش مهمی در بهینه سازی سیستم‌های مدیریت آب دارند. سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی با تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از داده‌های حسگرها، الگو‌های آب وهوا و آمار مصرف، می‌توانند تقاضای آب را پیش بینی، نشت‌ها را شناسایی و شبکه‌های توزیع را بهینه کنند.

نشت سیستم‌های توزیع موجب می‌شود شرکت‌های آب حدود ۳۰ درصد از منابع آبی خود را از دست بدهند. فناوری مبتنی بر هوش مصنوعی برای جمع آوری و افشای اطلاعات در محل، از حسگر و سنجه‌های فشار جریان استفاده می‌کند تا مشکلات مرتبط با نشت را شناسایی کند. مدل‌های پیش بینی شده قادر به استخراج اجزای معیوب احتمالی در زیرساخت قبل از نشتی هستند و این می‌تواند فعالیت‌های تعمیر و نگهداری معمول را مؤثرتر کند و تلفات آب را کاهش دهد.

الگوریتم‌های هوش مصنوعی قادر است تقاضای آب را با داده‌های رشد جمعیت و اقلیم و همچنین الگو‌های استفاده تاریخی تخمین بزنند. شرکت‌های خدمات آب می‌توانند با برنامه ریزی قطع و وصل آب در زمان و مکان مورد نیاز، خطر بروز خشکی در ساعات اوج مصرف را کاهش دهند.

فناوری‌های نمک زدایی

نمک زدایی که روشی برای از بین بردن نمک و سایر مواد سمی از آب دریاست جایگزین پایداری را برای مناطق با کمبود آب به ارمغان می‌آورد. رایج‌ترین فرآیند نمک زدایی در جهان، اسمز معکوس (RO) است: با این وجود، نمک‌زدایی دارای روند جدیدی از فناوری صرفه جویی در انرژی و مقرون به صرفه است.

برق نمک زدایی خورشیدی توسط انرژی تجدیدپذیر تامین می‌شود که فرآیند نمک زدایی را هدایت می‌کند، بنابراین ردپای کربن روش‌های معمولی را کاهش می‌دهد. توسعه و بهبود سلول‌های فتوولتائیک و متمرکز کننده‌های خورشیدی به طور مداوم کارایی و مقرون به صرفه بودن نیروگاه‌های نمک زدایی با انرژی خورشیدی را به ویژه در مناطقی پرنوری مانند شمال آفریقا و خاورمیانه افزایش می‌دهد.

با این حال، اسمز رو به جلو (FO) یک فناوری نمک زدایی نسبتا جدید است که از یک گرادیان اسمزی طبیعی برای القای جریان آب از طریق غشاء استفاده می‌کند در حالی که نمک‌ها باقی می‌مانند. اگرچه FO هنوز در مراحل آزمایشی خود است، اما این فناوری قدرت استفاده از مقادیر بسیار کمتر انرژی را نسبت به RO دارد، به این معنی که ممکن است به زودی برای پروژه‌های نمک زدایی گسترده مورد استفاده قرار گیرد.

بلاکچین و مدیریت منابع آب 

 فناوری بلاکچین به عنوان ابزاری برای افزایش شفافیت، مسئولیت پذیری و کارایی در مدیریت منابع آب در نظر گرفته می‌شود. به نوعی، بلاکچین این امکان را فراهم می‌کند که استفاده، توزیع و کیفیت آب به طور دائم، از تغییر در امان باشد و می‌تواند آنها را برای ردیابی و تنظیم منابع آب بسیار کارآمدتر برای دولت ها، کسب و کار‌ها و مصرف ماهی تسهیل کند.

بازار آب مبتنی بر بلاکچین به مشتریان این امکان را می‌دهد که حق تجارت آب را به شیوه‌ای شفاف و ایمن داشته باشند. این سکو‌ها تضمین می‌کنند که منابع آب به طور موثر توزیع می‌شود، به ویژه در مناطقی که کمبود آب یک مشکل بزرگ است. قرارداد‌های هوشمند خودمختار می‌توانند با توجه به نیاز لحظه‌ای و در دسترس بودن، معامله را انجام دهند تا منابع آب را به طور بلادرنگ در اختیار مشتریان قرار دهند.

بلاکچین را می‌توان نه تنها برای اهداف ذکر شده در بالا، بلکه برای ردیابی و تایید داده‌های کیفیت آب از منابع مختلف مانند حسگر‌ها و آزمایش‌های آزمایشگاهی استفاده کرد. به این ترتیب مسئولان می‌توانند از سالم بودن آب و خطر آلودگی بسیار کم در شبکه‌های توزیع اطمینان حاصل کنند.

سیستم‌های آب غیرمتمرکز 

سیستم‌های آب غیرمتمرکز، که اغلب از منابع انرژی تجدیدپذیر تغذیه می‌شوند، به جوامع اجازه می‌دهند تا منابع آب خود را به طور مستقل مدیریت کرده و وابستگی به زیرساخت‌های متمرکز را کاهش دهند. این سیستم‌ها به ویژه در مناطق روستایی یا دورافتاده که دسترسی به آب تمیز محدود است مفید واقع می‌شود.

ریزشبکه‌ها با پیوند دادن پنل‌های خورشیدی، باتری‌ها و شبکه‌های توزیع آب هوشمند، می‌توانند تامین آب پاک را برای جوامع محروم و کم برخوردار، تضمین کنند. این تنظیمات، انعطاف پذیری لازم را دارند که با توجه به اندازه جامعه و نیاز‌های آبی آنها بزرگ یا کوچک شوند.

سیستم‌های تصفیه غیرمتمرکز قابل حمل، مانند آنهایی که از برق خورشیدی استفاده می‌کنند، آب ذخیره شده شور یا خاکستری را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کنند. این نوع سیستم‌ها بر اساس آخرین فناوری فیلتر ساخته شده و از سترون سازی UV و فیلتر‌های کربن فعال استفاده می‌کنند. آنها ناخالصی‌ها را تصفیه می‌کنند و میکروب‌های مضر موجود در آب را با استفاده از سترون سازی اشعه ماوراء بنفش (UV) از بین می‌برند.