نجات آب زمین به سبک مریخی ها - وبلاگ جعبه گیگابایتی

به گزارش وبلاگ جعبه گیگابایتی، محجوبی تأکید کرد: مقدار سرانه مصرف آب برای هر فرد روزانه 200 لیتر آب است که یک سوم این مقدار آب مصرفی، به زمان حمام کردن اختصاص دارد؛ بنابراین توجه به صرفه جویی در مصرف آب هنگام حمام کردن بسیار مهم است.

مشارکت مهندس مهرداد محجوبی در پروژه طراحی مأموریت مریخ ناسا، جرقه ای برای شکل گیری ایده ای بود که در نهایت منجر به طراحی و فراوری دوش هوشمندی شد که قادر به تصفیه چندباره آب مصرفی و کاهش 90 درصدی اندازه مصرف آب در هنگام حمام کردن است.

تغییرات آب وهوایی، خشکسالی و کاهش اندازه بارش در بسیاری از نقاط دنیا می تواند به بروز مسائل مختلف سیاسی، اجتماعی، مالی و حتی جنگ بر سر آب تبدیل گردد. تنش آبی می تواند از مکانی به مکان دیگر به طور چشمگیری متفاوت باشد و در بعضی موارد آسیب های گسترده ای به سلامت عمومی، توسعه مالی و تجارت دنیای وارد کند.

میلیارد ها نفر در سراسر دنیا به یکی از عناصر ضروری زندگی یعنی آب سالم و تمیز دسترسی کافی ندارند و اگرچه دولت ها و موسسات خیریه در سال های اخیر به بسیاری از ساکنان منطقه ها دچار کمبود آب یاری نموده اند تا از این نعمت برخوردار شوند، اما پیش بینی می گردد که این چالش با اثرات مضر گرمایش دنیای و افزایش جمعیت، تشدید گردد.

بنابر آمار سال 2018 میلادی، 2.3 میلیارد نفر یا 25 درصد از جمعیت دنیا در کشور هایی با تنش آبی زندگی می نمایند. بعلاوه 3.6 میلیارد نفر نیز دستکم یک ماه در سال دسترسی ناکافی به آب دارند که انتظار می رود این رقم تا سال 2050 میلادی به بیش از پنج میلیارد نفر افزایش یابد.

بعلاوه خطرات و بلایای مرتبط با آب نیز در حال افزایش هستند. از سال 1970 میلادی، 44 درصد بلایا و 31 درصد خسارات مالی ناشی از وقوع سیل بوده است که در این میان آسیا آسیب جدی تری دیده است.

خطرات و بلایای مرتبط با بحران آب مانند سیل و خشکسالی به علت تغییرات آب و هوایی در اغلب منطقه ها دنیا رو به افزایش است و انتظار می رود تعداد افرادی که در دنیا از تنش آبی رنج می برند، افزایش یابد. این چالش، با افزایش جمعیت و کاهش دسترسی به منابع، تشدید می گردد و همین حالا هم تنها نیم درصد از منابع آبی زمین به عنوان آب شیرین، قابل استفاده و در دسترس است. با وجود افزایش این تهدیدها، خدمات پیش بینی و هشدار اولیه بلایای طبیعی هنوز در بسیاری از کشور های در حال توسعه، محدود و ناکافی است.

به گفته کارشناسان عواملی، چون تغییرات اقلیمی، افزایش جمعیت، تخریب محیط زیست و جدیدترین عامل یعنی همه گیری کووید19 نیز تنش های مرتبط با آب را تشدید می نمایند. در عین حال، عامل افزایش دما هم به تغییر در الگو های بارش با تاثیرات گسترده منجر می گردد.

کمبود آب یک مشکل رو به رشد در سراسر خاورمیانه است. اهمیت آن به دلایل مختلف از تغییرات آب و هوایی گرفته تا مدیریت ضعیف، افزایش یافته است. این معضل، روز به روز بیشتر مردم را در بسیاری از کشور های دنیا گرفتار نموده است و در ایران هم این بحران هر روز جدی تر می گردد. ایران کشوری نیمه خشک با میانگین بارندگی حدود 250 میلیمتر در سال است و این اندازه بارندگی که حدوداً یک سوم میانگین بارندگی دنیای است و همین اندازه بارندگی نیز به طور یکسان در کشور توزیع نشده است.

در جنوب و جنوب شرق و شرق کشور به شدت با کاهش شدید بارش روبرو هستیم. متأسفانه در چنین شرایطی در 50 سال اخیر با برنامه ریزی و مدیریت مناسبی نسبت به مقوله آب روبرو نبوده ایم. ( آخرین شرایط طرح نمک زدایی و انتقال آب از خلیج فارس)

هر چند موقعیت جغرافیایی و شرایط بارندگی ایران باعث شده در تمام تحلیل های دهه های گذشته، این کشور در لیست کشور های کم آب طبقه بندی گردد، اما به نظر می رسد این شرایط امروز به یک بحران رسیده است. در بعضی منطقه ها ایران، کشاورزان آب کافی برای کشت محصولات خود ندارند و استفاده بیش از حد از سفره های آبی به فرونشست و فروچاله ها منجر شده است.

عوامل دخیل در کم آبی

کمبود آب اغلب به دو دسته تقسیم می گردد. کمبود فیزیکی، زمانی که کمبود آب به علت شرایط اکولوژیکی بومی وجود دارد و کمبود مالی، زمانی که زیرساخت های کافی برای تأمین آب وجود ندارد. این دو عامل توام با هم منجر به ایجاد تنش آبی می شوند.

به عنوان مثال، یک منطقه تحت فشار کمبود آب می تواند هم با کمبود بارش و هم کمبود تأسیسات بهداشتی و ذخیره آب روبرو باشد. کارشناسان می گویند، حتی زمانی که دلایل طبیعی قابل توجهی برای بروز تنش آبی در یک منطقه وجود داشته باشد، باز هم عوامل انسانی در این مشکل نقش اساسی دارند.

خاورمیانه و شمال آفریقا از نظر تنش فیزیکی، نامناسب ترین شرایط را دارند. خاورمیانه و شمال آفریقا نسبت به سایر منطقه ها، بارندگی کمتری دارند، اما در عین حال این کشور ها تمایل دارند از مراکز شهری پرجمعیت و با رشد سریع برخوردار باشند که به منابع آبی بیشتری احتیاج دارند.

بعضی از کشور های ثروتمندتر این منطقه ها مانند امارات، تقریبا تمام مواد غذایی خود را وارد می نماید و از این طریق، احتیاج به استفاده از آب برای کشاورزی را کاهش داده است. امارات متحده و بعضی دیگر از کشور های خاورمیانه و شمال آفریقا به شدت به نمک زدایی آب اقیانوس ها متکی هستند، اگرچه این فرآیند هم به نوبه خود پرهزینه و انرژی بر است.

اما در بعضی کشور های این منطقه، علاوه بر کمبود فیزیکی آب، سال ها جنگ یا درگیری داخلی نیز خدمات تامین و توزیع آب را با مشکل روبرو نموده و میلیون ها نفر را از منابع اولیه برای تامین آب محروم ساخته است؛ برای مثال جمهوری دموکراتیک کنگو بیش از نیمی از ذخایر آبی آفریقا را در اختیار دارد، اما میلیون ها نفر از مردم این کشور به آب تمیز دسترسی ندارند و این امر باعث ایجاد بیماری و سوء تغذیه شده است.

کشور هایی که با کمبود های مالی قابل توجهی روبرو هستند، همانند کشور های آفریقای مرکزی مانند جمهوری دموکراتیک کنگو، به علت نبود زیرساخت های مناسب و سطوح بالایی از سوء مدیریت، با وجود بارش باران با چالش کمبود آب روبرو هستند.

اما مشکل کم آبی محدود به خاورمیانه و شمال آفریقا نمی گردد. برای مثال از هر سه عضو قوم ناواهو (یکی از بزرگ ترین قبایل سرخ پوست ایالات متحده آمریکا) یک نفر به آب جاری دسترسی ندارد، در حالیکه افراد خارج از این قوم که در منطقه ها اطراف سکونت دارند از آب لوله کشی برخوردار هستند.

بعلاوه برای قرن ها، سفره های زیرزمینی ایتالیا دسترسی آسان به آب تمیز را فراهم می کردند، اما اکنون زیرساخت های قدیمی این کشور را تحت فشار قرار داده است. هند نیز یکی از کشور هایی است که با بیشترین اندازه تنش آبی روبرو است که بخشی از آن به علت جمعیت، آلودگی و بهره برداری از آب های زیرزمینی است.

حتی کشور های با عایدی بالا نیز تنش آبی را تجربه می نمایند. عواملی از جمله زیرساخت های قدیمی و رشد سریع جمعیت، فشار زیادی را بر بعضی از سیستم های آبی ایالات متحده وارد نموده و باعث ایجاد بحران در بعضی از شهر های این کشور شده است.

انتظار می رود گرم شدن کره زمین تعداد منطقه ها تحت تاثیر تنش آب را افزایش دهد و استرس کمبود آب را در منطقه های که پیش از این تحت تاثیر نهاده شده اند، افزایش دهد.

بعلاوه پیش بینی می گردد منطقه ها نیمه گرمسیری مانند استرالیا، جنوب ایالات متحده و کشور های شمال آفریقا گرمتر و دچار خشکسالی های مکرر و طولانی تر شوند. بعلاوه اگر بارندگی در این منطقه ها رخ دهد، پیش بینی می گردد که شدیدتر باشد. علاوه بر این، شرایط آب و هوا در منطقه ها گرمسیری نیز متغیرتر خواهد شد.

پروژه ای برای نجات آب

گاهی از فکر های جوان و خلاق، ایده هایی می جوشد که می تواند یاریی هرچند کوچک در نجات آب، این مایع حیات بخش باشد. شاید جزییات کمی از طرح یک مهندس جوان ایرانی برای تصفیه مجدد آب مصرفی در حمام را شنیده باشید. مهرداد محجوبی (Mehrdad Mahdjoubi)، مهندس جوان و نخبه ایرانی، مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته طراحی صنعتی از دانشگاه لوند سوئد دریافت کرد.

محجوبی در سال 2012 در قالب یک پروژه دانشگاهی برای ناسا، روی طرحی کار کرد که امکان تأمین منابع آبی مورد احتیاج برای حضور طولانی مدت در مریخ را فراهم می نماید.

در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS)، تقریبا تمام فاضلاب بازیافت می گردد. جرقه ساخت دوش های کم مصرف با این سوال در فکر مهندس جوان ایرانی زده شد که در شرایطی که فضانوردان می توانند ماه ها بدون دسترسی به آب تازه و تنها با بازیافت آب، احتیاج به آب آشامیدنی و شست وشو را تأمین نمایند، چرا از این ایده در زمین استفاده نکنیم؟ در واقع ایده پشت این طرح، یک سیستم پیشرفته تصفیه است که آب مصرفی حین شست وشو یا دوش گرفتن را بازیافت می نماید.

محجوبی یکی از اعضایی بود که در پروژه طراحی مأموریت مریخ مرکز فضایی جانسون (Johnson Space Center) ناسا مشارکت داشت. وی درباره این پروژه گفت: وظیفه من در این پروژه دانشگاهی، یافتن راهی برای تأمین آب برای حضور طولانی مدت در مریخ بود. در این پروژه در پی توسعه فناوری تصفیه مجدد آب بودیم. به این موضوع فکر کردم که به جای توسعه فناوری که تنها پنج خدمه مأموریت مریخ می توانند از آن استفاده نمایند، فناوری را توسعه دهیم که برای میلیارد ها نفر از ساکنان کره زمین مفید خواهد بود و به این ترتیب، ایده این سیستم (Oas shower) شکل گرفت.

توسعه فناوری تصفیه آب برای مأموریت مریخ

در طرحی که از طریق این مهندس جوان ارائه شده و به نام دوش عصر فضا (space-age shower) هم شناخته می گردد، آب تمیز از سردوش خارج شده و مورد استفاده قرار می گیرد. در مرحله بعدی، آب استفاده شده وارد محفظه زهکش فاضلاب می گردد. حسگری در این قسمت تعبیه شده است که به صورت لحظه ای، کیفیت آب را ارزیابی می نماید.

اگر حسگر هوشمند سیستم، آلودگی بیش از حد آب را تشخیص دهد، آب به صورت مستقیم وارد فاضلاب خواهد شد؛ در غیر اینصورت، برای تصفیه و استفاده مجدد، به بالای دوش پمپاژ می گردد. آب (با حفظ دما) از طریق نور فرابنفش (UV) و فیلتر های مخصوص، تصفیه می گردد. در نهایت، پس از تصفیه کامل و اندکی گرم شدن، دوباره از سردوش خارج شده و مورد استفاده قرار می گیرد. گرم ماندن آب در طی فرآیند تصفیه، به کاهش چشمگیر مصرف انرژی منجر خواهد شد.

این سیستم هوشمند قادر است تا 90 درصد در اندازه آب مصرفی در هنگام حمام کردن، 80 درصد در اندازه انرژی مصرفی، صرفه جویی نموده و درعین حال فشار، جریان و دمای مناسب آب را به صورت کامل تنظیم کند.

اوربیتال سیستمز برای تصفیه مجدد آب مصرفی در حمام

یک دوش هشت دقیقه ای با این سیستم هوشمند، کمتر 1.3 گالن آب استفاده می نماید، در حالیکه بطور استاندارد این اندازه با دوش های عادی حدود 18 گالن است. سرعت جریان آب در این دوش پنج گالن در دقیقه است که بسیار بالاتر از اندازه 2.2 گالنی دوش های امروزی است.

مهندس محجوبی در سال 2012 اقدام به تأسیس شرکت اوربیتال سیستمز (Orbital Systems) کرد و این محصول را به صورت گسترده در اروپا فراوری و توزیع می نماید. ایده جالب مخترع جوانی ایرانی در ساخت دوش های کم مصرف با الهام از الگوی مصرف آب از طریق فضانوردان، مورد توجه شهرداری ها و رسانه های سوئد نهاده شد. شهرداری مالمو، یکی از سه شهر بزرگ سوئد، نخستین مشتری دوش های کم مصرف طراحی شده از طریق این مهندس جوان ایرانی بود.

طرح خلاقانه مهندس محجوبی تا به امروز جوایز مختلفی از جمله جایزه ادیسون 2015 (Edison Award 2015) و مدال طلای تحقیق و توسعه جایزه انرژی امارات سال 2017 را به خود اختصاص داده است. بعلاوه این طرح یکی از نامزد های نهایی دریافت جایزه مخترع سال 2018 اروپا (European Inventor Award 2018) بود.

طرح هایی مانند طرح مهندس مهرداد محجوبی می تواند در کنترل اندازه مصرف آب برای کشور هایی که از یک سو با مشکل کم آبی و از سوی دیگر، با مصرف بی رویه آب بخصوص در بخش خانگی (آشامیدن؛ پخت وپز؛ حمام و مصارف بهداشتی؛ لباسشویی و ظرفشویی) روبرو هستند، تا حد زیادی مؤثر باشد.