پنج فناوری نوآورانه حفظ و مدیریت آب کدامند؟

تیتو گزارش می دهد؛

به گزارش خبرگزاری تیتو به نقل واتر آنلاینیکی از مشکلات بزرگ جهان کمبود آب است اما با توجه به تقاضای روزافزون برای آب در زمینه های کشاورزی و صنعت و همچنین مهاجرت جمعیت به شهرها استفاده بهینه از آب ضروری تر شده است.

فناوری های نوآورانه شیوه های سنتی حفظ و مدیریت آب را برای ما تغییر می دهند. از سیستم های آبیاری مبتنی بر هوش مصنوعی گرفته تا تصفیه آب مبتنی بر فناوری نانو.

دوستداران محیط زیست امیدوارند فناوری های جدیدی برای حل سریع تر مشکل کمبود آب وجود ارائه شود.

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

امروزه فناوری های جدیدی ارائه شده است که می تواند به حفظ و مدیریت آب کمک کند. در این گزارش پنج فناوری اصلی و مهم در این حوزه معرفی می شود.

نانوفناوری در تصفیه آب

راه حل های پیشرفته ارائه شده توسط نانوفناوری برای تصفیه و فیلتراسیون آب با دستکاری مواد در سطح مولکولی یا اتمی انجام می شود. با استفاده از مناسب ترین فناوری ها می توان نانومواد را برای تولید فیلتر مدیا های جدید ساخت.
 
تخمین زده می شود که ارزش بازار نانومواد از ۱۵.۷۹ میلیارد دلار سال ۲۰۲۳ به بیش از ۵۳.۰۳ میلیارد دلار در سال ۲۰۳۱ برسد. پیش بینی می شود این بازار که در سال ۲۰۲۴ به میزان ۱۸.۰۹ میلیارد دلار رشد می کند از ۲۰۲۴ تا ۲۰۳۱ با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) ۱۶.۳ درصد افزایش یابد. از این فیلتر ها می توان برای ایجاد فیلتر های بسیار کارآمد استفاده کرد که می توانند آلاینده های خاصی مانند باکتری ها ویروس ها فلزات سنگین و ترکیبات آلی را از آب حذف کنند.

غشا های تصفیه کننده نانویی انتخابی تر از فیلتر های معمولی عمل می کنند به طوری که می توانند طیف وسیع تری از آلاینده ها را حذف کرده و در عین حال مقدار بیشتری آب را از خود عبور دهند. این غشا ها به ویژه در تصفیه فاضلاب و حذف ریزآلاینده هایی خوب عمل می کنند که با روش های معمولی قابل حذف نیستند. نانوذرات با افزایش سطح و فعالیت می توانند آلاینده ها 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 آلاینده ها از منابع آبی به تصویر می کشد.

سیستم های آبیاری هوشمند

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

این راه حل های پیشرفته از حسگرها تصاویر ماهواره ای و داده های پیش بینی آب و هوا برای هدایت مقدار تحویل و زمان آبیاری مناسب برای محصولات بهره می برند تا با حداقل تلفات آب موثرترین مدیریت آب صورت بگیرد.

در این شیوه کشاورزان از ابزار هایی برای اندازه گیری مقدار آب موجود در خاک استفاده می کنند و به این ترتیب با داده های مورد نیاز خود آشنا شده و می توانند بر اساس آن داده ها تصمیم بگیرند که چگونه و هر چند وقت یکبار آبیاری کنند. حسگر های 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 می دهند.

سازوکار های هوش مصنوعی نیز داده های به دست آمده از بسیاری از مؤلفه ها مانند حسگر های رطوبت قرار داده شده در خاک پیش بینی آب و هوا و تصاویر ماهواره ای برای عرضه برنامه های آبیاری متناسب با نیاز ها استفاده کنند. به لطف آبیاری هوشمند که می تواند مصرف آب را کاهش دهد تعداد روز های غرقابی غیرضروری در بسیاری از موارد به نصف کاهش می یابد. به عنوان یک مثال سیستم های مبتنی بر هوش مصنوعی می توانند با پیش بینی بارندگی احتمالی آینده زمان آبیاری را برای صرفه جویی در مصرف آب و انرژی تنظیم کنند.

نوآوری و دقت میوه هایی هستند که در طول زمان با استفاده از فناوری که ریشه در گذشته دارد یعنی آبیاری قطره ای به دست آمده اند. انواع معاصر آبیاری سیستم قطره ای متصل به ابر اینترنت اشیا و هوش مصنوعی هستند که از تامین آب اطمینان حاصل می کنند و باعث صرفه جویی بیشتر در مصرف آب کشاورزی در مقیاس بزرگ می شوند.

هوش مصنوعی و بیگ دیتا برای مدیریت آب 

هوش مصنوعی (AI) و تجزیه و تحلیل داده های بزرگ (بیگ دیتا) نقش مهمی در بهینه سازی سیستم های مدیریت آب دارند. سیستم های مبتنی بر هوش مصنوعی با تجزیه و تحلیل مقادیر زیادی از داده های حسگرها الگو های آب وهوا و آمار مصرف می توانند تقاضای آب را پیش بینی نشت ها را شناسایی و شبکه های توزیع را بهینه کنند.

نشت سیستم های توزیع موجب می شود شرکت های 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 سنجه های فشار جریان استفاده می کند تا مشکلات مرتبط با نشت را شناسایی کند. مدل های پیش بینی شده قادر به استخراج اجزای معیوب احتمالی در زیرساخت قبل از نشتی هستند و این می تواند فعالیت های تعمیر و نگهداری معمول را مؤثرتر کند و تلفات آب را کاهش دهد.

الگوریتم های هوش مصنوعی قادر است تقاضای آب را با داده های رشد جمعیت و اقلیم و همچنین الگو های استفاده تاریخی تخمین بزنند. شرکت های خدمات آب می توانند با برنامه ریزی قطع و وصل آب در زمان و مکان مورد نیاز خطر بروز خشکی در ساعات اوج مصرف را کاهش دهند.

فناوری های 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 می آورد. رایج ترین فرآیند نمک زدایی در جهان اسمز معکوس (RO) است: با این وجود نمک زدایی دارای روند جدیدی از فناوری صرفه جویی در انرژی و مقرون به صرفه است.

برق نمک زدایی خورشیدی توسط انرژی تجدیدپذیر تامین می شود که فرآیند نمک زدایی را هدایت می کند بنابراین ردپای کربن روش های معمولی را کاهش می دهد. توسعه و بهبود سلول های فتوولتائیک و متمرکز کننده های خورشیدی به طور مداوم کارایی و مقرون به صرفه بودن نیروگاه های نمک زدایی با انرژی خورشیدی را به ویژه در مناطقی پرنوری مانند شمال آفریقا و خاورمیانه افزایش می دهد.

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 می کند در حالی که نمک ها باقی می مانند. 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 پروژه های 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 می شود. به نوعی بلاکچین این امکان را فراهم می کند که استفاده توزیع و کیفیت آب به طور دائم از تغییر در امان باشد و می تواند آنها را برای ردیابی و تنظیم منابع آب بسیار کارآمدتر برای دولت ها کسب و کار ها و مصرف ماهی تسهیل کند.

بازار آب مبتنی بر بلاکچین به مشتریان این امکان را می دهد که حق تجارت آب را به شیوه ای شفاف و ایمن داشته باشند. این سکو ها تضمین می کنند که منابع آب به طور موثر توزیع می شود به ویژه در مناطقی که کمبود آب یک مشکل بزرگ است. قرارداد های هوشمند خودمختار می توانند با توجه به نیاز لحظه ای و در دسترس بودن معامله را انجام دهند تا منابع آب را به طور بلادرنگ در اختیار مشتریان قرار دهند.

بلاکچین را می توان نه تنها برای اهداف ذکر شده در بالا بلکه برای ردیابی و تایید داده های کیفیت آب از منابع مختلف مانند حسگر ها و آزمایش های آزمایشگاهی استفاده کرد. به این ترتیب مسئولان می توانند از سالم بودن آب و خطر آلودگی بسیار کم در شبکه های توزیع اطمینان حاصل کنند.

سیستم های آب غیرمتمرکز 

سیستم های آب غیرمتمرکز که اغلب از منابع انرژی تجدیدپذیر تغذیه می شوند به جوامع اجازه می دهند تا منابع آب خود را به طور مستقل مدیریت کرده و وابستگی به زیرساخت های متمرکز را کاهش دهند. این سیستم ها به ویژه در مناطق روستایی یا دورافتاده که دسترسی به آب تمیز محدود است مفید واقع می شود.

ریزشبکه ها با پیوند دادن پنل های خورشیدی باتری ها و شبکه های توزیع آب هوشمند می توانند 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 نیاز های آبی آنها بزرگ یا کوچک شوند.

سیستم های تصفیه غیرمتمرکز قابل حمل مانند آنهایی که از برق خورشیدی استفاده می کنند آب ذخیره شده شور یا خاکستری را به آب آشامیدنی تبدیل می کنند. این نوع سیستم ها بر اساس آخرین فناوری فیلتر ساخته شده و از سترون سازی UV و فیلتر های کربن فعال استفاده می کنند. آنها ناخالصی ها را تصفیه می کنند و میکروب های مضر موجود در آب را با استفاده از سترون سازی اشعه ماوراء بنفش (UV) از بین می برند.