به گزارش خبرگزاری ایمنا، کمبود منابع آب و فشار روزافزون بر صنایع، کشاورزی و مصرف خانگی، چالشی است که بسیاری از کشورها با آن روبهرو هستند، در این میان فناوریهای نوآورانه میتوانند راهکاری عملی و پایدار برای تأمین آب با کیفیت مناسب ارائه دهند و تأثیر قابل توجهی بر اقتصاد و محیط زیست داشته باشند.
مهران پالیزبان، پژوهشگر و متخصص در حوزه فناوریهای آب و انرژی، سالهاست به توسعه سامانههای پیشرفتهای پرداخته است که قادرند از ترکیب گازهای پایه، آب با کیفیت بالا تولید کنند. تجربه و تحقیقات او در طراحی سیستمهای ایمن و کنترلشده، پایهای برای خلق دستگاهی منحصربهفرد شده است، این دستگاه، واکنش میان هیدروژن و اکسیژن یونیزهشده را به شکلی کنترلشده و ایمن مدیریت میکند.
سامانه قادر است گازها را بهصورت مداوم تولید کند و واکنش تبدیل آنها به آب را بدون توقف پیش ببرد. دما و سطح یونیزاسیون به دقت تنظیم میشوند تا آب نیمهجامد تشکیل شود و قطرات آن به آرامی روی دیوارهها تهنشین شود. آب تولیدی دارای pH متعادل، میزان فلزات سنگین بسیار پایین و املاح کنترل شده است و برای مصارف شرب، کشاورزی و صنایع حساس مناسب است، علاوه بر این، دستگاه قابلیت تفکیک فاز سبک و سنگین آب را دارد؛ فاز سبک برای مصارف انسانی و کشاورزی و فاز سنگین برای کاربردهای صنعتی کاربرد دارد.
مخازن سامانه در فاز صنعتی از جنس گالوانیزه و استیل طراحی شدهاند تا مقاومت حرارتی و شیمیایی کافی داشته باشند و پوششها و سیستمهای مانیتورینگ پیشرفته تضمین میکنند که فرایند در هر شرایطی ایمن و پایدار باقی بماند.
مهران پالیزبان جزئیات عملکرد دستگاه، مراحل آزمایشگاهی و صنعتی، مزایای اقتصادی و اثرات زیستمحیطی آن را با ما در میان میگذارد و نشان میدهد چگونه این فناوری میتواند بخشی از راهکار تأمین پایدار آب کشور باشد، حالا بدون هیچ مقدمهای بیشتر، وارد گفتوگو میشویم و از زبان خود او با این فناوری آشنا میشویم.
ایمنا: توضیح دهید چگونه دستگاه شما واکنش بین هیدروژن و اکسیژن را بهصورت کنترلشده و ایمن مدیریت میکند؟
پالیزبان: دستگاه ما در اصل یک راکتور بهطور کامل بسته و ایزوله است که با دقت بسیار بالا طراحی شده است و امکان کنترل رفتار گازهای ورودی را فراهم کند. در این سامانه، دو گاز پایه یعنی هیدروژن و اکسیژن (که مواد اولیه طبیعی تشکیلدهنده آب هستند) به شکل اندازهگیری شده و در نسبتهای مشخص وارد محفظه میشوند. هدف اصلی از وارد کردن این گازها، فراهم کردن شرایطی است که در آن بتوانند بهشکل کنترلشدهای یونیزه شده و سپس در مرحله نهایی به آب تبدیل شوند، بدون اینکه واکنش سریع یا ناگهانی رخ دهد.
یونیزهسازی در این فرایند نقشی بسیار اساسی دارد. یونیزهسازی بدین معناست که مولکولها یا اتمهای سازندهٔ گازها در معرض انرژی قرار میگیرند؛ بهگونهای که الکترونهایشان به سطوح انرژی بالاتر منتقل میشود. این تحریک الکترونی، مولکولها را در حالتی قرار میدهد که از نظر شیمیایی فعالتر شده و آمادگی بیشتری برای ایجاد پیوندهای جدید دارند. در شرایط عادی، ترکیب هیدروژن و اکسیژن میتواند بهشدت واکنشزا باشد، اما در دستگاه ما از روشهایی استفاده شده که این یونیزهسازی بهصورت کاملاً کنترلشده و با شدت محدود انجام شود تا از ایجاد هرگونه واکنش ناگهانی یا انفجاری جلوگیری شود.
هنگامی که یونیزهسازی انجام شد، مولکولهای تحریکشده وارد مرحلهای میشوند که در آن میتوانند پیوندهای کووالانسی جدید تشکیل دهند. ایجاد این پیوندها همان فرایند شیمیایی ضروری برای شکلگیری مولکول آب است؛ یعنی دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن پیوند برقرار میکنند. اما نکته مهم این است که دستگاه ما نهتنها تشکیل پیوندهای اصلی را کنترل میکند، بلکه تعاملهای ضعیفتری همچون نیروهای واندروالسی بین مولکولهای تازهتشکیلشده را نیز تحت نظر دارد. این تعاملهای ضعیف سبب میشوند مولکولهای آب به هم نزدیک شوند و بهتدریج خوشههای کوچکی ایجاد کنند.
بهدلیل طراحی خاص محفظه و شرایط حرارتی و فشاری تنظیمشده، مولکولهای آب تشکیلشده برخلاف یک واکنش سریع و پرانرژی، بهآرامی روی دیوارههای داخلی راکتور تهنشین میشوند. این تهنشست تدریجی سبب میشود قطرات ریز آب بدون انتقال انرژی شدید و بدون ایجاد نوسان یا شوک حرارتی شکل بگیرند. در واقع، سیستم بهگونهای تنظیم شده است که تبدیل گاز به مایع با ملایمت و پیوستگی صورت گیرد.
این ویژگیها چند مزیت مهم ایجاد میکند: نخست، امکان برداشت ایمن و پایدار آب بدون نیاز به خنکسازی شدید یا استفاده از مواد واسطه فراهم میشود. دوم، به دلیل نبود واکنشهای سریع یا غیرقابلکنترل، طول عمر دستگاه افزایش و خطرات عملیاتی کاهش مییابد. سوم، کنترل دقیق فرایند یونیزهسازی و تشکیل پیوندها سبب میشود کیفیت آب تولیدی یکنواختتر و خلوص آن قابل تنظیم باشد.
در مجموع، این دستگاه با ایجاد یک محیط محاسبهشده و با کنترل دقیق انرژی ورودی، امکان تبدیل ترکیب سادهای از گازهای پایه را به آب فراهم میکند، آن هم با روشی که ایمن، پایدار و قابل مدیریت است و از بروز هرگونه رفتار ناگهانی جلوگیری میکند.
ایمنا: سه عامل اصلی که واکنش هیدروژن و اکسیژن را به شکل ایمن و کنترلشده ممکن میسازد، کداماند و چگونه عمل میکنند؟
پالیزبان: در سامانهای که ما توصیف میکنیم، سه عامل بنیادین بهطور همزمان عمل میکنند تا شرایطی فراهم شود که در آن ترکیب کنترلشده هیدروژن و اکسیژن به تشکیل تدریجی و ایمن مولکولهای آب بینجامد، بدون آنکه واکنش شدید یا آزادسازی ناگهانی انرژی رخ دهد. نخستین عامل، مفهوم «یونیزهسازی کنترلشده» است؛ فرایندی که در آن از میدانهای الکترومغناطیسی با شدت تنظیمشده استفاده میشود تا انرژی لازم به مولکولها وارد شود. این انرژی نه بهصورت تهاجمی یا متمرکز، بلکه به شکل یکنواخت و گسترده به گازها منتقل میشود و به همین دلیل مولکولها وارد حالتهای برانگیختهای میشوند که آمادگی ایجاد پیوندهای جدید را دارند، بدون اینکه سیستم در معرض ناپایداری یا رفتار انفجاری قرار گیرد.
دومین عامل، نقش ساختار داخلی راکتور است که با ترکیبی از رزینهای ویژه و پوششهای الیافی مهندسیشده طراحی شده است. این مواد تنها جنبه محافظتی ندارند؛ بلکه بخشی از انرژی آزادشده در تعاملات مولکولی را جذب و پراکنده میکنند و در عین حال، محیطی فراهم میسازند که در آن خوشههای اولیه آب بتوانند پایدارتر شوند. چنین پوششی، سرعت و نحوه تشکیل قطرات را تحت تأثیر قرار میدهد و از تجمع ناگهانی انرژی جلوگیری میکند. سومین عامل، کنترل دقیق گرادیان دمایی است که در سراسر راکتور برقرار میشود. در آغاز، محیط در دمای بهنسبت معتدلی قرار دارد و این دما سبب میشود مولکولها در حالت فعال قرار گیرند؛ سپس کاهش بسیار سریع و برنامهریزیشدهای در دما ایجاد میشود که شرایط فیزیکی لازم برای تبدیل مولکولهای تازهتشکیلشده آب به ساختارهای خوشهای پایدار را فراهم میکند، این افت ناگهانی بهجای آنکه موجب ایجاد شوک حرارتی شود، موجب میشود مولکولها بهآرامی به حالتهای متراکمتر نزدیک شوند و به شکل لایههای ریز یا قطرات کوچک بر روی دیوارهها رسوب کنند. همکاری این سه اصل (یونیزهسازی ملایم، پوششهای جذبکننده و تثبیتکننده و مدیریت دقیق دما) سامانهای پدید میآورد که در آن واکنش میان هیدروژن و اکسیژن نه به صورت ناگهانی، بلکه در قالب فرایندی آرام، قابلکنترل و تدریجی پیش میرود.
در چنین محیطی، مولکولهای آب گامبهگام شکل میگیرند و تهنشین میشوند، بیآنکه گرمای شدید، ناپایداری واکنشی یا هرگونه رفتار خطرناک ایجاد شود. این طراحی، اساس عملکرد ایمن و پایدار دستگاه را تشکیل میدهد و نشان میدهد که چگونه مدیریت دقیق انرژی و شرایط فیزیکی میتواند واکنش طبیعی و پرانرژی تشکیل آب را به فرایندی آرام و قابل پیشبینی تبدیل کند.
ایمنا: چرا در نمونههای آزمایشگاهی و صنعتی از مواد مختلف برای مخزن استفاده میکنید و هر کدام چه مزیتی دارند؟
پالیزبان: در نمونههای آزمایشگاهی، مخزن این سامانه بهطور معمول از پلیاتیلن ساخته میشود؛ مادهای که علاوه بر مقرونبهصرفه بودن، امکان ساخت و شکلدهی ساده را نیز فراهم میکند. دیوارههای داخلی این مخزن با رزینهای یونیزهشده پوشیده شدهاند که نقش مهمی در کنترل واکنش دارند. این رزینها بخشی از انرژی آزادشده در فرایند را جذب و در عین حال پیوندهای مولکولی آب را تثبیت میکنند، بهطوری که تشکیل مولکولها به آرامی و بهصورت کنترلشده انجام میشود. این طراحی در نمونههای آزمایشی امکان بررسی دقیق رفتار سیستم و بهینهسازی پارامترها را فراهم میکند.
با ورود به فاز صنعتی، انتخاب مواد مخزن تغییر میکند تا طول عمر و مقاومت دستگاه افزایش یابد. در این سطح، فلزات مقاوم همچون فولاد گالوانیزه و استیل ضدزنگ پیشنهاد میشوند. این مواد نهتنها مقاومت بالایی در برابر حرارت و شرایط شیمیایی دارند، بلکه امکان بهرهبرداری طولانیمدت بدون کاهش عملکرد را فراهم میکنند. از سوی دیگر، شیشه به دلیل نفوذپذیری یونها و احتمال بروز واکنشهای سطحی گزینه مناسبی نیست و استفاده از آن در شرایط صنعتی محدودیتهایی ایجاد میکند، بنابراین انتخاب هوشمندانه مواد و پوششهای داخلی، ترکیبی از ایمنی، دوام و کارایی را در هر دو سطح آزمایشگاهی و صنعتی تضمین میکند و اساس عملکرد پایدار و کنترلشده دستگاه را تشکیل میدهد.
ایمنا: کیفیت آب تولیدشده چگونه ارزیابی شده است و چه مزایایی برای کشاورزی، شرب و صنایع دارد؟
پالیزبان: آب اولیه این سامانه دارای pH حدود ۸.۱۴ بود، اما پس از عبور از فیلترها و مخازن غیرفلزی، pH به حدود ۷.۱۴ کاهش یافت، سطحی که برای استفاده در کشاورزی و مصرف شرب کاملاً مناسب است. آزمایشهای انجام شده بر روی فلزات سنگین نشان دادند که مقادیر آنها زیر حد قابل اندازهگیری بوده و بنابراین برای انسان و گیاهان مضر نیستند، همچنین میزان سولفات و دیگر املاح محلول بسیار پایین بود، که این ویژگی آب را برای کشاورزی و صنایع حساس به املاح، همچون گلخانهها و تولیدات خوراکی ویژه، به منبعی بسیار مناسب تبدیل میکند.
نتایج آزمایشهای اولیه روی گیاهان نشان داد که رشد آنها در مقایسه با آب معمولی تا دو تا سه برابر افزایش یافته است، که نشاندهنده تأثیر مثبت این آب بر سلامت و بهرهوری گیاهان است. نکته جالب دیگر این است که آب تولیدی به دلیل کیفیت بالای خود، نیازی به کلرزنی یا فرایندهای گندزدایی ندارد، اما برای رعایت استانداردهای شهری و طولانیمدت، انجام آزمایشهای دورهای و کنترل کیفیت مستمر توصیه میشود. این ویژگیها نشان میدهند که آب حاصل نهتنها ایمن و با کیفیت است، بلکه قابلیت کاربرد گسترده در کشاورزی، صنایع غذایی و مصارف خانگی را نیز دارد و میتواند جایگزین مناسبی برای منابع آب با املاح بالا یا آلوده باشد.
به این ترتیب، مدیریت دقیق pH، کنترل املاح و فلزات، و طراحی مناسب فیلترها و مخازن، اساس تولید آبی پایدار، ایمن و کارآمد را فراهم کرده است که هم برای محیط زیست و هم برای مصارف انسانی و گیاهی سودمند است.
ایمنا: چگونه سامانه شما آب را به فازهای سبک و سنگین تفکیک میکند و هر فاز چه کاربردی دارد؟
پالیزبان: این سامانه خروجی آبی با دو فاز متمایز ایجاد میکند؛ زیرا برخی مولکولها یا خوشههای تشکیلشده، بهدلیل وجود املاح یا تفاوت در ویژگیهای سطحی، چگالی بیشتری دارند و بهتدریج تهنشین میشوند. فاز سبکتر که خلوص بالاتری دارد، برای مصارف انسانی و کشاورزی در نظر گرفته میشود، در حالیکه فاز سنگینتر (که ترکیب آن برای کاربردهای فنی مناسبتر است) در فرایندهای صنعتی همچون خنککاری و کاربردهای غیرخوراکی مورد استفاده قرار میگیرد، با این حال برای آنکه آب فاز سبک بتواند بهعنوان آب شرب شهری پذیرفته شود، تأیید آزمایشگاههای مستقل و انجام آزمونهای استاندارد ضروری است.
منابع اصلی مورد نیاز این سیستم شامل گازهای هیدروژن و اکسیژن، یا تأمین بیستوچهارساعته آنها در محل، انرژی الکتریکی لازم برای میدانهای یونیزهساز و پمپها، و همچنین تجهیزات صنعتی و مخازن ذخیرهسازی است. سیستم تولید مداوم گاز نیز طراحی شده تا بهرهبرداری پیوسته و اقتصادی امکانپذیر باشد. ارزیابیهای اولیه نشان میدهد هزینههای این روش بهطور قابل توجهی کمتر از انتقال آب دریا و زیرساختهای سنگین نمکزدایی است و از نظر مصرف انرژی و سرمایهگذاری اولیه مقرونبهصرفهتر عمل میکند.
در زمینه ایمنی، طراحی سامانه بر پایه چندین لایه حفاظتی انجام شده است؛ از جمله کنترل دقیق جریان گازها، حسگرهایی برای شناسایی شرایط غیرمجاز، پوششها و بخشهای تفکیککننده برای جلوگیری از ناپایداری، مکانیزمهای خاموشکننده اضطراری و سیستم مانیتورینگ پیوسته دما، فشار و وضعیت یونیزاسیون که با وجود این تمهیدات، برای ورود به فاز صنعتی انجام مطالعاتی همچون HAZOP و FMEA بهطور کامل ضروری است تا تمام ریسکها در سطح حرفهای ارزیابی و مدیریت شوند.
نظر شما