تكنولوجيا النانو في التنمية المستدامة

14 Oct 2022 د/ نضال محمد


إن تكنولوجيا النانو تعد من أحدث ما توصل إليه التطور التكنولوجي والعلمي في السنوات الاخيرة, ومن ابرزما خرجت به هذه التكنولوجيا هو خفض استهلاك الموارد انخفاظا ملموسا,ً بالاضافة الى توفير بدائل للمواد
الاولية النادرة او ذات الاثر البيئي الضار, فتساهم في تجنب استخدام مواد خطرة عالية السمية أو ضارة بالبيئةما أمكن ذلك, ورفع كفاءة المنتجات وطرق إنتاجها لتحقيق الهدفين السابقين, كذلك تساهم هذه التكنولوجيا في
الحد من الانبعاثات والتصريفات والمخلفات أثناء عملية الإنتاج وتتيح امكانية تدوير المخلفات واستثمارهالاعادة استخدامها كمواد اولية. وفي هذا الأطار هناك نقطتان رئيسيتان يجب على الدول النامية ملاحظتها,
الأولى هو أن كثير من وسائل وطرق الا... اقرأ المزيد...

إن تكنولوجيا النانو تعد من أحدث ما توصل إليه التطور التكنولوجي والعلمي في السنوات الاخيرة, ومن ابرزما خرجت به هذه التكنولوجيا هو خفض استهلاك الموارد انخفاظا ملموسا,ً بالاضافة الى توفير بدائل للمواد
الاولية النادرة او ذات الاثر البيئي الضار, فتساهم في تجنب استخدام مواد خطرة عالية السمية أو ضارة بالبيئةما أمكن ذلك, ورفع كفاءة المنتجات وطرق إنتاجها لتحقيق الهدفين السابقين, كذلك تساهم هذه التكنولوجيا في
الحد من الانبعاثات والتصريفات والمخلفات أثناء عملية الإنتاج وتتيح امكانية تدوير المخلفات واستثمارهالاعادة استخدامها كمواد اولية. وفي هذا الأطار هناك نقطتان رئيسيتان يجب على الدول النامية ملاحظتها,
الأولى هو أن كثير من وسائل وطرق الانتاج الصناعية في هذه الدول ذات تقنيات قديمة وتقليدية, فتمثل عمليةإستبدالها أو تحديثها فرصة لمواكبة التطورات العلمية والتقنية, و الثانية أن هذا التحديث سيتم في الوقت الذي
تمت فيه بالفعل خطوات ملموسة في التطبيق العملي لتكنولوجيا النانو في الدول الأكثر تقدما وبعض الدولالنامية ومنها بعض الدول العربية, فيمكن الاستفادة من تجاربها وخبراتها ومواكبة التطور الحاصل على مستوى
العالم والمتمثل بالانتشار الواسع والمتسارع لتطبيق تكنولوجيا النانو في الصناعات المختلفة ومن ثم تحقيقالهدفين الخاصين بتحديث الصناعة من جانب والتنمية المستدامة من جانب أخر.

مبادئ تكنولوجيا النانو: -
 

من أهم المبادئ الأساسية لتكنولوجيا النانو
1- امكانية التحكم بالذرات منفردة وتحريكها واعادة ترتيبها.
2- تغير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة على مقياس الناتو عن خصائصها عند مقياسها الطبيعي.

3- إمكانية التحكم بالذرات في صنع المواد والآلات وتنقيتها من الشوائب وتخليصها من العيوب والتي تؤدي الي 

* امكانية بناء أي مادة لأن الذرة هي وحدة البناء الاساسية لكل المواد.
* اكتشاف خصائص جديدة للمواد الجديدة.
* خصائص أفضل للمواد, فهي أصغر حجم ا وأخف وزن ا وأقوى وأسرع و ارخص تكلفة وأقل استهلاكا للطاقة.

ماهي تكنولوجيا النانو الخضراء؟ فيما يتعلق بالاستدامة والبيئة , يمكن أن يكون تطبيق تقنية النانو مفيد -للغاية , على سبيل المثال في عمليات تنقية المياه , في إنتاج الألواح الكهروضوئية الاكثر كفاءة من التقليدية أو
في إنتاج أجهزة الاستشعار المؤتمتة, وكذلك في إنتاج بطاريات جديدة لتخزين الطاقة بيئيا( Hernández, et,2017: 38 ). ترى الباحثتان أن مصطلحٍ تكنولوجيا النانو الخضراء هو مصطلح شاملٍ يقصد به كيفية
توظيف واستثمار تكنولوجيا النانو وعلم النانو بشكلٍ عام لدعم البيئة والحفاظ عليها, لذا تم تسميتها بالتكنولوجيا النظيفة أيضًا. وتتعدد المجالات التي يمكن الاستفاده فيها من تكنولوجيا النانو الخضراء بما فيها مجالات الطاقة
النظيفة والامن الغذائي وتنقية الهواء والمياه وغيرها الكثير. وقد عرفت تكنولوجيا النانو الخضراء بأنها استخدام تكنولوجيا النانو لجعل عمليات التصنيع الحالية لمواد النانو أكثر ملائمة للبيئة , فمثلا يمكن أن تساعد أغشية
.النانو على فصل المواد الكيميائية الضارة عن مواد النفايات, فضلا عن إستخدام نظم الطاقة البديلة , وهي وسيلة أخرى لعمليات تصنيع التكنولوجيا الخضراء

تطبيقات تكنولوجيا النانو الخضراء: يعد مجال حماية البيئة من أبرز المجالات التطبيقية التي توليها -تكنولوجيا النانو اهتماما كبيراً. يمكن للنانو تكنولوجي أن تستخدم في عملية التنظيف الذاتي للأسطح عن طريق
 استخدام مواد نانوية صديقة للبيئة تتفاعل مع الأشعة الفوق بنفسجية كما في : زجاج السيارات والشبابيك والدهانات, وكذلك استخدام الجسيمات النانوية التي تعمل على التخلص من الملوثات والتخلص من الروائح
الكريهة مثل استخدام جسيمات الفضة وثاني أكسيد التيتانيوم TiO2 ويمكن للآلات المجهرية ازالة الكيماويات السامة من مياه الصرف التي تطرح في الانهار, وقد تتمكن من استخلاص بعض النظائر المشعة من تصريف
المفاعلات النووية.

 كما أنها يمكن أن تقلل من الانبعاثات المسببةللاحتباس الحراري بنسبة 6٪ عند الشروع باستخدامها وتصل إلى 61 ٪ بحلول عام 2050ويمكن توضيحذلك في الجدول التالي:

 

 تكنولوجيا النانو الخضراء والطاقة النظيفة (الطاقة الخضراء): أن الطاقة الخضراء هي الطاقة التي لا -تترك اثاراً او مخلفات تضر البيئة كما هو الحال عند استخدام الوقود الذي يتم الحصول عليه من مصادر
الطبيعة المتجددة مثل )الرياح والمد والجزر , وطاقة الشمس و الطاقة الجوفية(, لتكون بديلاً عن مصادر الوقود الاحفوري او التقليدي )الفحم الحجري والنفط والغاز( والتي تسبب زيادة التلوث البيئي و وظاهرة الاحتباس
 (.أن حبيبات : الحراري و ثقب الاوزون وندر ة بعض الموارد الطبيعية واستنزافها البيرماني,و السليكون النانوية عند استخدامها في مجال توليد الطاقة الكهربائية والشمسية تتميز بزيادة انتاج الطاقة الكهربائية
بالإضافة الى اطالة عمر الخلية وتقليل الحرارة فيها, كما تسهم تكنولوجيا النانو في صنع البطاريات الموفرة: للطاقة, وطاقة الرياح الميكانيكية باستخدام مراوح خفيفة الوزن فتزداد الطاقة الناتجة من الرياح)
 (.كما تعمل تكنولوجيا النانو على تحسين كفاءة البطاريات عن طريق استخدام أنابيب الكاربون النانويةوالاغشية ذات البنية متناهية الصغر , مما يؤدي الى تسريع عملية شحن البطاريات الجافة ويجعل عمرها
 الانتاجي اطول كل ذلك

:ومن تحسينات تكنولوجيا النانو في مجال توليد الطاقة

1- زيادة كفاءة الكهرباء التي تولدها الطواحين الهوائية: باستخدام انابيب الكربون النانوية التي تتميز بخفة 
الوزن والقوة, لصنع ريش طواحين الهواء .
2- شرائح من الانابيب النانوية التي يمكن استخدامها للحد من فقدان الطاقة في أسلاك نقل الكهرباء. 

3- تحسين أداء البطاريات وتحسين الكفاءة والحد من تكلفة خلايا الوقود.

تكنولوجيا النانو الخضراء في الزراعة والامن الغذائي: ان التطبيقات الحديثة لتكنولوجيا النانو شملت - قطاع الزراعة والامن الغذائي, وانعكست في تغيير وتطوير التكنولوجيا المستخدمة في قطاع الزراعة , مثل
تحسين خصوبة التربة ورفع قدرتها على انتاج محاصيل ذات جودة عالية وقدرة على مقاومة الامراض والآفات الزراعية. حيث يمكن استخدام تكنولوجيا النانو في مجالات انتاج وتجهيز وتعبئة وسلامة الاغذية, فمثلا
كبسولات النانو)' Nana capsules ( التي تستخدم بالاضافة الى تعزيز نكهة الاغذية, في معالجة وازالة المواد الكيمياوية والمسببات المرضية في الاغذية كما تدخل في مجال التغليف والتعبئة ليتم صناعة العبوات
النانوية التي تطلق بعض المواد الكيمياوية الحافظة للمواد الغذائية, كما تستخدم حبيبات السليكيا النانوية التي تمنع جزيئات الغازات مثل الاوكسيجين من اختراق تلك العبوات وافساد الاغذية. فضلاً عن تحسين عمل
المبيدات الكيمياوية للمحاصيل الزراعية بدون أن تترك اثاراً صحية على بقية الكائنات الحية )بيرماني, 27 21 (. كما تعمل على تطوير أسطح نشطة مضادة للميكروبات والفطريات, فيتم إدراج جزيئات -
.أكسيد الزنك في التعبئة والتغليف البلاستيكية لمنع الاشعة فوق البنفسجية, وتوفير الحماية ومضادات الجراثيم

تكنولوجيا النانو في مجال تنقية المياه: عملت تكنولوجيا النانو على تقديم الحلول لمشكلة نقص المياه الآمنة للاستخدام البشري من خلال ايجاد تقنية لتصفية المياه, رخيصة الثمن وتستطيع القضاء على ملوثات
المياه وتنظيفها بدون استخدام الطاقة الكهربائية. وتستخدم تقنية النانو لتنقية المياه, التحلية و الترشيح النانويnano filtration and desalination وهي ما يسمى بمرشح انابيب الكربون CNT Membranes .
هذه الاغشية خاصة لترشيح وتحليل المياه فتعمل على ازالة الاملاح المذابة من المياه ومعالجة الفضلات وازالةالملوثات البيئية مثل المكروبات والزرنيخ. وقد تم استغلال فكرة وجود علاقة بين الفضة والكهرباء وقتل
البكتريا وذلك بنشر اسلاك الفضة النانوية على مادة الفضة ثم تغليفها بأنابيب الكاربون النانوية لتكتسب فاعليةفائقة على تصفية وتعقيم المياه واختزال مراحل التصفية بمرحلتين فقط وتعد هذه الطريقة طريقة مثالية لمعالجة
المياه إذ ان المرشحات النانوية لا تتعرض للانسداد وبالتالي تعمر طويلا اضافة الى سلاسة مرور الماء منخلالها ولا تتطلب مواد كيمياوية اضافة لسهولة صيانتها ولا تحتاج إلى قدر كبير من الطاقة. كما تم تصنيع
جهاز تصفية صغير يعمل بدون استخدام الكهرباء ويستطيع تصفية وتعقيم) 1( لترات من المياه في الساعةالواحدة, لا يتجاوز سعره 12 $ وقادر على ازالة جميع المكروبات والمواد الكيمياوية الخطرة من مياه
 الشرب.

معالجة مياه الصرف الصحي: في العصر الحالي وفي ظل ندرة الموارد المائية , تعتبر معالجة مياه - الصرف الصحي شرطا أساسيا لتحقيق الاستدامة لما له من اثار بيئية تضر الاجيال الحالية والاجيال المستقبلية,
لذا يجب الاستفادة من تطور العلوم والتكنولوجيا لتطوير تقنيات متقدمة لمعالجة مياه الصرف الصحي بكفاءة عالية, ومن بين المعالجات لمشكلة مياه الصرف المختلفة هو إستخدام مواد نانو لها القدرة على توفير حلول
عملية و إقتصادية مستدامة بهذا المجال ويمكن تلخيصها في أربع فئات :

1- إستخدام بعض مواد النانو مثل الكربون النشط وأنابيب الكربون النانوية, و أكسيد التيتانيوم , وأكسيد الزنك , -و أكسيد الماغنيسيوم , وأكسيد الحديد, التي يتم تطبيقها لإزالة المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصحي .

2- إستخدام محفزات النانو مثل التحفيز الضوئي , ومؤكسد كيميائي لإمكانية إزالة كل من الملوثات العضوية -
وغير العضوية.
3- إستخدام أغشية النانو لإزالة الأصباغ والمعادن الثقيلة عن طريق أغشية أنابيب النانو كربون , وألياف -
النانو الكهربية وأغشية النانو الهجينة.
4- تكامل تكنولوجيا النانو مع العمليات البيولوجية مثل وجود مفاعل حيوي للأغشية وخلية الوقود الميكروبية -
للوصول إلى أحدث إمكانات تنقية مياه الصرف الصحي. وقد طور فريق من العمل تابع لمركز تكنولوجيا النانو للعلوم البيئية والبيولوجية التابع لجامعة رايس الأمريكية مرشحات الأغشية , عن طريق تصنيع مرشحات
.مصنوعة من مواد سيراميكية من أكسيد الحديد Iron Oxide Ceramic Membrane عبارة حبيبات نانو , وتُعرف هذه الأغشية بالأغشية التفاعيلية Reactive Membranes   لقدرتها الفائقة في إزالة وتحليل الملوثات و النفايات العضوية من الماء وتطهيرها من أجل كفاءة وإعادة تدوير المياه بطريقة مستدامة عن طريق تكنولوجيا النانو الخضراء من أجل بيئة افضل

دور التكنولوجيا في تحقيق ابعاد التنمية المستدامة

البعد البيئي: فتساهم تكنولوجيا النانو في تحقيق البعد البيئي للتنمية المستدامة وذلك باستخدام تقنيات الانتاج -الانظف كمدخل لتطبيق تكنولوجيا النانو, خاصة وانها تمثل استراتيجية للمنشأة الصناعية ككل وليست خاصة
بالقسم الانتاجي فقط . إن الهدف الرئيسي للإنتاج الأنظف يتمثل في العمل على استدامة الأنتاج الصناعي والطاقة وتقليل التلوث البيئي الناتج عن المنشآت الصناعية, وهذا هو ما ينتجه ادخال تكنولوجيا النانو في
المجال الصناعي, على ان تأخذ بعين الاعتبار التكلفة المالية لتطبيقها.نظرا لما لحق بالبيئة من آثار سلبية واضرارا بالغة خاصة في القرن الحالي نتيجة اللاعقلانية في عملية التصنيع, فقد لجأت العديد من الدول إلى
تبني تكنولوجيا صناعية مستدامة ومنها )التكنولوجيا الخضراء وأساليب الانتاج الانظف(, للحفاظ أو التقليل من الأخطار البيئية من جهة والمحافظة على الموارد الطبيعية من جهة اخرى لضمان حصة الاجيال القادمة فيها,
بالاضافة الى الأثار الإيجابية لها في التنمية المستدامة والمتمثلة في تنويع مصادر الطاقة البديلة بما يساهم في تقليل نسبة التلوث الصادرة عنها وتدنية التكاليف. كذلك إنتاج بدائل للمواد النادرة والتقليدية, أكثر فعالية من
حيث الخصائص وأقل تلوثا مما يساهم في إرتفاع مرونة العمل الإنتاجي. من خلال تخفيض حجم المخلفات إلى الحد الأدنى واستخدام المواد النانوية فان تكاليف الطاقة اللازمة لمعالجة الملوثات ستنخفض , ويؤدي ذلك
بالتالي إلى خفض تكاليف رأس المال و التشغيل والصيانة . و من خلال تطبيق تقنية الإنتاج الأنظف ( CPT ) فإن خفض حجم المخلفات سوف يحدث تلقائيا , و نتيجة لذلك تتحسن عملية استخدام الموارد ككل
6 البعد الاقتصادي: ان تكنولوجيا النانو تعتبر ثورة صناعية مشابهة للثورة الصناعية التي احدثت التغيرات - الاقتصادية واوصلت العالم الى ما هو عليه اليوم وترجع الاهمية الاقتصادية لتكنولوجيا النانو الى: 1 قدرة
تكنولوجيا النانو على بناء مواد جديده بديله للمواد التقليدية ذات الكلف المرتفعة. 6 ان المواد النانوية الجديدة  ذات خصائص مميزه مقارنه بالتقليدية كالقوة والصلابة والتوصيل الكهربائي. 7 امكانية استخدام المواد النانويه -
في مختلف الصناعات ومجالات الحياه. 1 أمكانية استغلال بعض النفايات واعاده تدويرها لتصنيع مواد نانويه - جديده. ان هذه المميزات تسمح بانتاج اي سلعة و بكلفة اقل من خلال استخدام مواد موجوده بالطبيعه ذات
خصائص فيزيائية وكيميائية رديئة وتحويلها عن طريق تكنولوجيا النانو الى مواد ذات خصائص ممتازه عنطريق اعاده رصف ذراتها للتحول من مواد لا قيمه لها الى مواد ذات قيمه و بديله لأغلب المعادن والمواد
الاولية المعرضة للندرة.ان ما سبق سيؤدي الى النهوض بالانتاج المحلي اذا تم استغلال تكنولوجيا النانوبصورة صحيحة, تجعل المنتج المحلي قادر على منافسة المنتجات المستوردة مما يتيح النهوض بالواقع
الاقتصادي وتحقيق التنمية الاقتصادية من خلال تقديم منتجات قادرة على كسب المنافسة من خلال الجودةوالكفاءة والتكلفة المنخفضة.ان تكنولوجيا النانو كثورة تقنية جديدة تحتاج في بدايتها الى استثمارات مالية مكلفة
في بعض تطبيقاتها ومعداتها, وهو ذاته ما حدث في عند الثورة الصناعية التي حولت العالم الى الانتاج الاليعن طريق المعدات والمكائن الصناعية , ولكن يمكن تطبيق تكنولوجيا النانو بشكل غير مكلف ولا يحتاج الىاستثمار مليارات الدولارات وذلك عن طريق بعض المواد الحيوية النانوية منخفضة التكلفة.
البعد الاجتماعي: يتمثل في حق الانسان في العيش في بيئة نظيفة وأمنة, مع الحصول على حقه من الموارد والثروات بشكل عادل و يسمح له بتلبية احتياجاته من الخدمات البيئية والاجتماعية ويضمن حصوله على احتياجه من المأوى والملبس والغذاء. ان خصائص المواد النانوية الفريدة عند مقياس النانو  1-100 نانومتر

عند احكامها في الصناعة التحويلية تحقق منافع مادية واجتماعية عالية ومن ثم تحقق الرفاهية الاجتماعيةللمجتمع )الطيار, 6112 :ص 17 ( كما ان تكنولوجيا النانو عند خفضها للتكاليف ستتيح توظيف الوافر من
التكاليف في مجالات اخرى مما يعني القضاء على البطالة المقنعة بتوفير فرص عمل حقيقية منتجة وليساعمالاً تمثل تكاليف غير منتجة وعبئ على الشركات الصناعية تودي مع الاستمرار الى استنزاف الموارد
الاقتصادية وتأكل المجتمع اقتصاديا.ً فبالنتيجة ان توظيف تكنولوجيا النانو سيدعم رفاهية المجتمع ويحسيننوعية الحياة.ترى الباحثتان ان ما سبق ذكره يثبت فرضية البحث والتي مفادها)أن اعتماد تكنولوجيا النانو في
القطاع الصناعي العراقي من شأنه ان يسهم في تحقيق ابعاد التنمية المستدامة الاقتصادية والبيئية والاجتماعية(.ويمكن تلخيص ما سبق بأهمية تكنولوجيا النانو في تحقيق ابعاد التنمية, ان الابعاد الثلاثة الرئيسية للتنمية
المستدامة لها قاعدة صلبه وهي رأس المال, والذي يقسم الى خمسة انواع رئيسية وهي )طبيعي, مالي, انتاجي,بشري, اجتماعي(, وتتحقق التنمية المستدامة اذا تم الانتاج بطرق وتقنيات وممارسات تعمل على صيانة رأس
المال بأنواعه الخمسة.فتكنولوجيا النانو تعمل على زيادة كفاءة العمليات الصناعية, وترشيد استخدام الموارد,وتقليل التأثيرات البيئية عن طريق الحد من المخلفات بأنواعها, وبالتالي الوصول الى تكلفة انتاج منخفضة,وذلك بأستعمال مواد نانوية منخفضة التكلفة وذات قوه ومتانة اعلى من المواد التقليدية.

لديك سؤال! اسألنا وسنتصل بك قريبا.