نجات آب زمین به سبک مریخی‌ها

مشارکت مهندس "مهرداد محجوبی" در پروژه طراحی مأموریت مریخ ناسا، جرقه‌ای برای شکل‌گیری ایده‌ای بود که در نهایت منجر به طراحی و تولید دوش هوشمندی شد که قادر به تصفیه چندباره آب مصرفی و کاهش ۹۰ درصدی میزان مصرف آب در هنگام حمام کردن است.

تغییرات آب‌وهوایی، خشکسالی و کاهش میزان بارش در بسیاری از نقاط دنیا می‌تواند به بروز مشکلات مختلف سیاسی، اجتماعی، اقتصادی و حتی «جنگ بر سر آب» تبدیل شود. "تنش آبی" می‌تواند از مکانی به مکان دیگر به طور چشمگیری متفاوت باشد و در برخی موارد آسیب‌های گسترده‌ای به سلامت عمومی، توسعه اقتصادی و تجارت جهانی وارد کند.

میلیارد‌ها نفر در سراسر جهان به یکی از عناصر ضروری زندگی یعنی "آب سالم و تمیز" دسترسی کافی ندارند و اگرچه دولت‌ها و موسسات خیریه در سال‌های اخیر به بسیاری از ساکنان مناطق دچار کمبود آب کمک کرده‌اند تا از این نعمت برخوردار شوند، اما پیش‌بینی می‌شود که این چالش با اثرات مضر گرمایش جهانی و افزایش جمعیت، تشدید شود.

بنابر آمار سال ۲۰۱۸ میلادی، ۲.۳ میلیارد نفر یا ۲۵ درصد از جمعیت جهان در کشور‌هایی با تنش آبی زندگی می‌کنند. همچنین ۳.۶ میلیارد نفر نیز دستکم یک ماه در سال دسترسی ناکافی به آب دارند که انتظار می‌رود این رقم تا سال ۲۰۵۰ میلادی به بیش از پنج میلیارد نفر افزایش یابد.

همچنین خطرات و بلایای مرتبط با آب نیز در حال افزایش هستند. از سال ۱۹۷۰ میلادی، ۴۴ درصد بلایا و ۳۱ درصد خسارات اقتصادی ناشی از وقوع سیل بوده است که در این میان آسیا آسیب جدی‌تری دیده است.

خطرات و بلایای مرتبط با بحران آب مانند سیل و خشکسالی به دلیل تغییرات آب و هوایی در اغلب مناطق جهان رو به افزایش است و انتظار می‌رود تعداد افرادی که در جهان از تنش آبی رنج می‌برند، افزایش یابد. این چالش، با افزایش جمعیت و کاهش دسترسی به منابع، تشدید می‌شود 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 پیش‌بینی و هشدار اولیه بلایای طبیعی هنوز در بسیاری از کشور‌های در حال توسعه، محدود و ناکافی است.

به گفته کارشناسان عواملی، چون "تغییرات اقلیمی"، "افزایش جمعیت"، "تخریب محیط زیست" و جدیدترین عامل یعنی "همه‌گیری کووید۱۹" نیز تنش‌های مرتبط با آب را تشدید می‌کنند. در عین حال، عامل "افزایش دما" هم به تغییر در الگو‌های بارش با تاثیرات گسترده منجر می‌شود.

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 کشور‌های جهان گرفتار کرده است و در ایران هم این بحران هر روز جدی‌تر می‌شود. ایران کشوری نیمه‌خشک با میانگین بارندگی حدود ۲۵۰ میلیمتر در سال است و این میزان بارندگی که حدوداً یک سوم میانگین بارندگی جهانی است و همین میزان بارندگی نیز به طور یکسان در کشور توزیع نشده‌است.

در جنوب و جنوب شرق و شرق کشور به شدت با کاهش شدید بارش مواجه هستیم. متأسفانه در چنین شرایطی در ۵۰ سال اخیر با برنامه‌ریزی و مدیریت مناسبی نسبت به مقوله آب مواجه نبوده‌ایم. (بیشتر بخوانید: آخرین وضعیت طرح نمک‌زدایی و انتقال آب از خلیج‌فارس)

هر چند موقعیت جغرافیایی و وضعیت بارندگی ایران باعث شده در تمام تحلیل‌های دهه‌های گذشته، این کشور در فهرست کشور‌های کم آب طبقه‌بندی شود، اما به نظر می‌رسد این وضعیت امروز به یک بحران رسیده است. در برخی مناطق ایران، کشاورزان آب کافی برای کشت محصولات خود ندارند و استفاده بیش از حد از سفره‌های آبی به فرونشست و فروچاله‌ها منجر شده است.

عوامل دخیل در کم آبی

کمبود آب اغلب به دو دسته تقسیم می‌شود. کمبود فیزیکی، زمانی که کمبود آب به دلیل شرایط اکولوژیکی بومی وجود دارد و کمبود اقتصادی، زمانی که زیرساخت‌های کافی برای تأمین آب وجود ندارد. این دو عامل توام با هم منجر به ایجاد تنش آبی می‌شوند.

به عنوان مثال، یک منطقه تحت فشار کمبود آب می‌تواند هم با کمبود بارش و هم کمبود تأسیسات بهداشتی و ذخیره آب مواجه باشد. کارشناسان می‌گویند، 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، نامناسب‌ترین شرایط را دارند. خاورمیانه و شمال آفریقا نسبت به سایر مناطق، بارندگی کمتری دارند، اما در عین حال این کشور‌ها تمایل دارند از مراکز شهری پرجمعیت و با رشد سریع برخوردار باشند که به منابع آبی بیشتری نیاز دارند.

برخی از کشور‌های ثروتمندتر این مناطق مانند امارات، تقریبا تمام مواد غذایی خود را وارد می‌کند و از این طریق، نیاز به استفاده از آب برای کشاورزی را کاهش داده است. امارات متحده و برخی دیگر از کشور‌های خاورمیانه و شمال آفریقا به شدت به نمک‌زدایی آب اقیانوس‌ها متکی هستند، اگرچه این فرآیند هم به نوبه خود پرهزینه و انرژی‌بر است.

اما در برخی کشور‌های این منطقه، علاوه بر کمبود فیزیکی آب، سال‌ها جنگ یا درگیری داخلی نیز خدمات تامین و توزیع آب را با مشکل روبرو کرده و میلیون‌ها 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 میلیون‌ها نفر از مردم این کشور به آب تمیز دسترسی ندارند و این امر باعث ایجاد بیماری و سوء تغذیه شده است.

کشور‌هایی که با کمبود‌های اقتصادی قابل توجهی مواجه هستند، همچون کشور‌های آفریقای مرکزی مانند جمهوری دموکراتیک کنگو، به دلیل نبود زیرساخت‌های مناسب و سطوح بالایی از سوء مدیریت، با وجود بارش باران با چالش کمبود آب روبرو هستند.

اما مشکل کم‌آبی محدود به خاورمیانه و شمال آفریقا نمی‌شود. برای مثال از هر سه عضو قوم ناواهو (یکی از بزرگ‌ترین قبایل سرخ‌پوست ایالات متحده آمریکا) یک نفر به آب جاری دسترسی ندارد، در حالیکه افراد خارج از این قوم که در مناطق اطراف سکونت دارند از آب لوله کشی برخوردار هستند.

همچنین برای قرن‌ها، سفره‌های زیرزمینی ایتالیا دسترسی آسان به آب تمیز را فراهم می‌کردند، اما اکنون زیرساخت‌های قدیمی این کشور را تحت فشار قرار داده است. هند نیز یکی از کشور‌هایی است که با بیشترین میزان تنش آبی مواجه است که بخشی از آن به دلیل جمعیت، آلودگی و بهره برداری از آب‌های زیرزمینی است.

حتی کشور‌های با درآمد بالا نیز تنش آبی را تجربه می‌کنند. عواملی از جمله زیرساخت‌های قدیمی و رشد سریع جمعیت، فشار زیادی را بر برخی از سیستم‌های آبی ایالات متحده وارد کرده و باعث ایجاد بحران در برخی از شهر‌های این کشور شده است.

انتظار می‌رود گرم شدن کره زمین تعداد مناطق تحت تاثیر تنش آب را افزایش دهد و استرس کمبود آب را در مناطقی که پیش از این تحت تاثیر قرار گرفته اند، افزایش دهد.

همچنین پیش‌بینی می‌شود مناطق نیمه گرمسیری مانند استرالیا، جنوب ایالات متحده و کشور‌های شمال آفریقا گرمتر و دچار خشکسالی‌های مکرر و طولانی‌تر شوند. همچنین اگر بارندگی در این مناطق رخ دهد، پیش بینی می‌شود که شدیدتر باشد. علاوه بر این، وضعیت آب و هوا در مناطق گرمسیری نیز متغیرتر خواهد شد.

پروژه‌ای برای نجات آب

گاهی از ذهن‌های جوان و خلاق، ایده‌هایی می‌جوشد که می‌تواند کمکی هرچند کوچک در نجات آب، این مایع حیات‌بخش 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 کارشناسی‌ارشد خود را در رشته طراحی صنعتی از دانشگاه لوند سوئد دریافت کرد.

"محجوبی" در سال ۲۰۱۲ در قالب یک پروژه دانشگاهی برای ناسا، روی طرحی کار کرد که امکان تأمین منابع آبی مورد نیاز برای حضور طولانی‌مدت در مریخ را فراهم می‌کند.

در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، تقریبا تمام فاضلاب بازیافت می‌شود. جرقه ساخت دوش‌های کم‌مصرف با این سوال در ذهن مهندس جوان ایرانی زده شد که در شرایطی که فضانوردان می‌توانند ماه‌ها بدون دسترسی به آب تازه و تنها با بازیافت آب، نیاز به آب آشامیدنی و شست‌وشو را تأمین کنند، چرا از این ایده در زمین استفاده نکنیم؟ در واقع ایده پشت این طرح، یک سیستم پیشرفته تصفیه است که آب مصرفی حین شست‌وشو یا دوش گرفتن را بازیافت می‌کند.

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 طولانی‌مدت در مریخ بود. در این پروژه به دنبال توسعه فناوری تصفیه مجدد آب بودیم. به این موضوع فکر کردم که به جای توسعه فناوری که تنها پنج خدمه مأموریت مریخ می‌توانند از آن استفاده کنند، فناوری را توسعه دهیم که برای میلیارد‌ها 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 توسط این مهندس جوان ارائه‌شده و به نام دوش عصر فضا" (space-age shower) هم شناخته می‌شود، آب تمیز از سردوش خارج شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مرحله بعدی، آب استفاده‌شده وارد محفظه زهکش فاضلاب می‌شود. حسگری در این قسمت تعبیه شده است که به صورت لحظه‌ای، کیفیت آب را ارزیابی می‌کند.

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 می‌شود. آب (با حفظ دما) به وسیله نور فرابنفش (UV) و فیلتر‌های مخصوص، تصفیه می‌شود. در نهایت، پس از تصفیه کامل و اندکی گرم شدن، دوباره از سردوش خارج شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرم‌ماندن آب در طی فرآیند تصفیه، به کاهش چشمگیر مصرف انرژی منجر خواهد شد.

این سیستم هوشمند قادر است تا ۹۰ درصد در میزان آب مصرفی در هنگام حمام کردن، ۸۰ درصد در میزان انرژی مصرفی، صرفه‌جویی کرده 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 دقیقه‌ای با این سیستم هوشمند، کمتر ۱.۳ گالن آب استفاده می‌کند، در حالیکه بطور استاندارد این میزان با دوش‌های عادی حدود ۱۸ گالن است. سرعت جریان آب در این دوش پنج گالن در دقیقه است که بسیار بالاتر از میزان ۲.۲ گالنی دوش‌های امروزی است.

مهندس محجوبی در سال ۲۰۱۲ اقدام به تأسیس شرکت اوربیتال سیستمز (Orbital Systems) کرد و این محصول را به صورت گسترده در اروپا تولید و توزیع می‌کند. ایده جالب مخترع جوانی ایرانی در ساخت دوش‌های کم مصرف با الهام از الگوی مصرف آب توسط فضانوردان، مورد توجه شهرداری‌ها و رسانه‌های سوئد قرار گرفت. شهرداری مالمو، یکی از سه شهر بزرگ سوئد، نخستین مشتری دوش‌های کم مصرف طراحی‌شده توسط این مهندس جوان ایرانی بود.

طرح خلاقانه مهندس محجوبی تاکنون جوایز مختلفی از جمله جایزه ادیسون ۲۰۱۵ (Edison Award ۲۰۱۵) و مدال طلای تحقیق و توسعه جایزه انرژی امارات سال ۲۰۱۷ را به خود اختصاص داده است. همچنین این طرح یکی از نامزد‌های نهایی دریافت جایزه مخترع سال ۲۰۱۸ اروپا (European Inventor Award ۲۰۱۸) بود.

طرح‌هایی مانند طرح مهندس "مهرداد محجوبی" می‌تواند در کنترل میزان مصرف آب برای کشور‌هایی که از یک سو با مشکل کم‌آبی و از سوی دیگر، با مصرف بی‌رویه آب بخصوص در بخش خانگی (آشامیدن؛ پخت‌وپز؛ حمام و مصارف بهداشتی؛ لباسشویی و ظرفشویی) روبرو هستند، تا حد زیادی مؤثر باشد.