مقدمه:
امروزه پيشرفت تکنولوژی و دستيابي انسان به روش‌های نوين براي استفاده از منابع طبيعي دستاوردهايي را به همراه دارد که علاوه بر تأثيرات فراوان در زندگي بشر، تأثيراتي منفي را نيز براي طبيعت به همراه دارد. به تازگي انسان متمدن به اين تفکر رسيده است که شايد بتوان با استفاده از تکنولوژي مدرن و پيشرفته به کمک منابع طبيعي و محيط زيست شتافت که از جمله آنها مي‌توان به فناوري نانو اشاره کرد.
نانو تکنولوژي به عنوان يک فناوري کاربردي در دهه اخير مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد اين تکنولوژي در حوزه‌هاي مختلف متفاوت است. اين فناوري با توليد محصولات متنوع در حوزه‌هاي شيمي، انرژي و محيط زيست کاربرد فراواني دارد. تقسيم‌بندي فناوري نانو در شاخه‌ها و رشته‌هاي مختلف بيشتر مربوط به کاربرد محصولات اين فناوري در هر رشته مي‌باشد. به طور کلي فناوري نانو براي توليد مواد با بهره بالا عبارت از ايجاد يک شرايط کاملا کنترل شده و دقيق و استفاده از اين شرايط براي چيدمان منظم اتم‌ها و توليد مواد در مقياس نانو مي‌باشد.
فناوري نانو از همگرايي علوم فيزيک، شيمي و زيست‌شناسي بوجود آمده است. اين فناوري توانايي کار در سطح اتم و ايجاد ساختارهايي که نظم مولکولي کاملا جديدي دارند را فراهم مي‌آورد. ماده اصلاح شده در مقياس نانو، خصوصيات جديد و مفيدي را دارا مي‌گردد که قبلا در آن مشاهده نمي‌شد.
فناوري نانو موجب تغييرات مهمي در جامعه مي‌شود و اين تغييرات مي‌تواند به اهميت تغييرات حاصل از ساخت کامپيوتر ارزيابي شود. فناوري نانو اين امکان را فراهم مي‌کند که مواد جديدي توليد کنيم، موادي که به صورت بالقوه مي‌تواند اثرات مثبت يا منفي روي محيط زيست و بهداشت داشته باشد. تأثيرات مستقيم و غير مستقيم نانو بر محيط زيست از جنبه‌هاي مختلف قابل بررسي است. قبل از استفاده از محصولات اين فناوري در محيط زيست لازم است ارزيابي دقيقي از تأثيرات مثبت و منفي کاربرد آنها بر محيط زيست صورت گيرد. در ادامه مقاله تأثيرات مثبت و منفي کاربرد اين فناوري بر محيط زيست تشريح مي‌گردد.
1-نانو حسگرها
وسايلي بسيار ريز هستند که قادر به شناسايي و ارائه پاسخ به محرک‌هاي فيزيکي در مقياس يک نانو متر هستند. يک فناوري اميدبخش که کاربردهاي متعددي در علوم مختلف از جمله محيط زيست دارد.
1-1- آلودگي هوا
يکي از نيازهاي مهم و اساسي در ارتباط با کنترل آلودگي محيط زيست پايش مستمر آلودگي هواست. با اختراع غبارهاي هوشمند و توليد مجموعه‌اي از حسگرهاي پيشرفته به صورت نانو رايانه‌هاي بسيار سبک اين نانو حسگرها قادرند به راحتي ساعتها در هوا معلق باقي مانده و از طريق بي‌سيم موجود در خود اطلاعات جمع‌آوري شده را به يمک پايگاه مرکزي با سرعت يک کيلوبايت در ثانيه ارسال کنند
1-2- نشت گازهاي مهلک
يکي از خطراتي که زندگي صنعتي را روزانه مورد تهديد قرار مي‌دهد نشت گازهاي مهلک مي‌باشد. متأسفانه هشدار دهنده‌هاي موجود در صنعت اغلب بسيار دير موفق به شناسايي اينگونه گازهاي نشتي مي‌شوند. اين نوع هسگرها مي‌توانند مولکولهاي گازهاي سمي را جذب کرده و نيز قادر به شناسايي تعداد معدودي از مولکولهاي گازهاي مهلک در محيط هستند. چنانچه در آينده از اين حسگرها براي شناسايي گازهاي بيوشيميايي جنگي، آلاينده‌هاي هوا و حتي مولکولهاي آلي موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
2- نانو فيلترها
يکي از کاربردهاي مهم فناوري نانو در محيط زيست، استفاده از نانو فيلترها در تصفيه آب و پساب است. غشاي مورد استفاده در فرايند نانو فيلتراسيون معمولا مولکولهاي بزرگ را دفع مي‌کند و در مقايسه با روشهاي ديگر قادرند با صرف انرژي کمتر آب چاه‌ها يا آبهاي سطحي را نيز به خوبي تصفيه کنند. اين فرايند قادر است انواع باکتريها، ويروس‌ها، آفت کش‌ها، آلاينده‌ها با منشع آلي و املاح کلسيم و منيزيم را از آب جدا کند. نکته مهم در فرايند نانو فيلتراسيون اين است که از هيچ ماده شيميايي براي سختي‌گيري آب استفاده نمي‌شود. بنابراين اثرات منفي زيست محيطي آن به مراتب کمتر از روشهاي شيميايي معمول است.
ذرات نانو ساختار انعطاف پذيري زيادي در تصفيه آلاينده‌ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانو ساختار براي تصفيه فوري خاک، رسوبات، ضايعات جامد، تصفيه آب و پسماندهاي مايع استفاده مي‌شود. همچنين مي‌توان از نانو ساختارها براي رنگ زدايي از آب آشاميدني استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشاميدني نه تنها به خاطر ظاهر آن بايد از آب زدوده شود، بلکه چون اين رنگها مي‌توانند منشأ توليد تري هالو متان باشند بسيار خطرناک محسوب مي‌شوند. اين ماده هنگام ترکيب با کلر موجب تشکيل کلروفرم و ديگر ترکيبات هالوژني مظر و سرطان‌زا مي‌شوند. رنگ موجود در آب طبيعي معمولا ناشي از وجود اسيدهاي معدني است. اسيدهاي مذکور از تجزيه مواد آلي موجود در آب حاصل مي‌شوند. اغلب روشهاي متداول براي تصفيه آب قادر به جداسازي مواد فوق نيستند. ليکن با استفاده از غشاهاي نانو مي‌توان تا 99 درصد اينگونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد استفاده از اين روش مي‌تواند هزينه‌هاي تصفيه را تا حدود زيادي کاهش دهد.
الکلهايي مانند اتانول به عنوان حلال يا ماده پاک کننده به وفور در صنايع مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين مواد در حين مصرف مقادير زيادي از ناخالصي‌هاي مختلف را به خود جذب مي‌کنند. با توجه به اينکه دور ريختن آنها پس از مصرف اثرات زيانباري بر محيط زيست دارد، بايد براي استفاده مجدد تصفيه شود. روشهاي متداول از قبيل تقطير ضمن آلوده کردن محيط زيست انرژي زيادي را تلف مي‌کنند. استفاده از اين نانو فيلترها کام مؤثري در حفاظت محيط زيست و صرفه جويي انرژي در اين زمينه است.
3- نانو پليمرهاي متخلخل
زماني که آلاينده‌هاي آلي آب گريز از طريق آب وارد خاک مي‌شوند به راحتي توسط ذرات جامد غير محلول در آب جذب و از آب جدا مي‌شوند. پديده‌ي جذب و دفع اينگونه آلاينده‌ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسيار پيچيده است. اين نانو پليمرها به لحاظ شباهت زيادي که به مولکولهاي مواد آلاينده دارند مناسب‌ترين وسيله براي جداسازي اين نوع آلاينده‌هاي آلي از آب و خاک به شمار مي‌روند. به طور کلي کاربردهاي زيست محيطي اين نانو ساختارها عبارتند از :
1- جدا سازي آلاينده‌هاي آلي از آب آشاميدني
2- تصفيه پساب‌هاي واحدهاي صنعتي مانند نيروگاه‌هاي هسته‌اي براي استفاده مجدد از آنها
3- پاکسازي منابع آبي آلوده شده به مواد نفتي
4- پاکسازي منابع آب زيرزميني از آلاينده‌هاي آلي
از آنجايي که نانو پليمرهاي متخلخل به کرات مورد استفاده قرار مي‌گيرند، بنابراين هزينه‌هاي تصفيه به مراتب کمتر مي‌شود.
4- کاتاليستهاي زيست محيطي
از ديگر موارد کاربرد موادهاي نانو ساختاري استفاده از آنها به عنوان کاتاليزورهاي زيست محيطي براي تصفيه خروجي اگزوز اتومبيل‌ها و پالايش آب و هواست.
5- پليمرهاي زيستي
از اين نانو ساختار مي‌توان براي توليد تراشه‌هاي الکترونيکي استفاده کرد. طبق اطلاعات موجود، براي توليد هر گرم ريز تراشه 32 مگابايتي، به مصرف 85 گرم سوخت فسيلي و مواد شيميايي و 16 کيلوگرم آب نياز است. با استفاده از فرايندهاي نانو مي‌توان شيوه مرسوم در توليد تراشه‌هاي نيمه‌هادي را تا حد بسيار زيادي بهبود بخشيد. علاوه بر اين استفاده از فناوري نانو منجر به توليد مواد بي خطر بجاي مواد سمي مي‌شود. به عنوان مثال مانيتورهاي ساخته شده از مواد نانو ساختار بسيار کم خطر‌تر از انواع مشابه ساخته شده از لوله‌هاي اشعه کاتدي (که حاوي مواد سمي‌اند) است و راندمان بالاتري هم دارد.
نمايشگرهاي ساخته شده از کريستال مايع ضمن کوچک بودن حاوي سرب نيستند و مصرف انرژي آنها بسيار کمتر از انواع مشابه کاتدي است. علاوه بر اين استفاده از نانو لوله‌هاي کربني در نمايشگرهاي کامپيوتري به کاهش مصرف فلزهاي سنگين در آنها کمک مي‌کند و از اين طريق از آسيب به محيط زيست مي‌کاهد.
6- نانو پوشش‌ها
پوششهاي نانو ساختاري پيشرفته به خوبي بر سطوح مختلف از قبيل فلزات، شيشه، سراميک و پلاستيک مي‌چسبند و تنها چند ميکرون ضخامت دارند. ورژگي بارز اين نانو پوششگرها خاصيت ضد خوردگي آنهاست که کاربرد پوششي آنها را در فلزات سبک از قبيل آلومينيوم و منيزيم افزايش داده است. پوششهاي ياد شده در مقابل حرارت بسيار مقاومند و مي‌توانند دما را تا 70 درجه سانتي‌گراد تحمل کنند. استفاده از اين نوع پوششگرها منجر به کاهش خوردگي فلزات مي‌شود و در نهايت محيط زيست را با کاهش ميزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد. کاربرد ديگر پوششهاي نانو ساختاري در حذف گرد و غبار از روي سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک کننده‌هاست. اين نانو ذرات را به صورت يک لايه بسيار نازک براي روکش کردن سطوح مختلف از قبيل شيشه اتومبيل‌ها به کار مي‌برند. به اين ترتيب کشش سطحي اين سطح نسبت به محلول‌هاي آبدار به شدت کاهش مي‌يابد در نتيجه مايع مذکور سطح پوشش داده شده را خيس نمي‌کند و به صورت قطراتي روي آن باقي مي‌ماند و به سرعت زدوده مي‌شود. اين عمل فرايند خشک شدن را سرعت مي‌دهد. بديهي است که مصرف مواد شوينده به شدت کاهش مي‌يابد و از آلودگي محيط زيست جلوگيري به عمل مي‌آيد.
7- نانو پودرها
موادي به شدت فعالند که در دماي پايين ذوب يا آلياژ مي‌شوند. اين پودرها در فرايندهاي قالب‌گيري تزريقي و پوشش دادن سطوح مختلف قرار مي‌گيرند. نوعي از پودرهاي نانو ساختاري که حاوي ذرات ريز آلومينيوم است، در صورت افزوده شدن به سوختهاي جامد موشکها شدت سوختن آنها را تا دو برابر افزايش مي‌دهد. اضافه نمودن اين پودر به نفت سفيد باعث تسريع در احتراق آن و در نتيجه کاهش توليد آلاينده‌هاي مختلف مي‌شود.
تأثيرات منفي فناوري نانو بر محيط زيست
ذرات نانو و فناوري نانو علاوه بر مفيد بودن مي‌توانند داراي خطرهاي احتمالي نيز باشند. بنابراين بايد مسائل مرتبط با ايمني و خطرات احتمالي همراه با اين روشهاي جديد را در نظر گرفت. به عنوان مثال ذرات نانو ممکن است سرعت جهش (mutation) باکتريها را افزايش دهند و تهديدي بالقوه براي محيط زيست و انسان باشند.
با وجود اينکه فناوري نانو محصولات موجود را مؤثرتر و کارامدتر مي‌نمايد، اندازه اين ذرات که جزو خواص مهم آنهاست مي‌تواند سلامتي و محيط زيست را تهديد نمايد. اين ذرات از گرده‌هاي گل گياهان و مواد حساسيت‌زاي معمولي هم کوچکتر هستند و مي‌توانند توليد حساسيت نمايند. اين ذرات مي‌توانند به سيستم دفاعي و ايمني بدن موجودات زنده و انسان حمله کنند. بعضي از اين ذرات مي‌توانند پس از تنفس به کيسه‌هاي هوايي ريه آسيب برسانند و در اين بين ماکرو فاژها در تشخيص ذرات با قطر کمتر از 70 نانو متر دچار مشکل مي‌شوند و اين ذرات مي‌توانند به آساني در خون نفوذ نمايند.
نانو ذراتي از قبيل کربن سياه و دي اکسيد تيتانيوم که در فرايندهاي صنعتي کاربرد زيادي دارند و به آلودگي هوا نيز کمک مي‌کنند موجب ايجاد التهاب و جراحتهاي پوستي شده و در ريه باقي مانده و انباشته مي‌گردند. ذرات دي‌اکسيد روي و دي‌اکسيد تيتانيوم باعث توليد راديکالهاي آزاد در سلول پوستي شده و به DNA آسيب مي‌رسانند. اين آسيب به DNA موجب جهش شده و تغييراتي در ساختمان پروتئين بوجود مي‌آورد که ممکن است باعث سرطان و تومور شود.
به نظر مي‌رسد که اکتيويته سطح و اندازه ذره عوامل اصلي در سمي بودن نانو ذرات باشد. منابع احتراق مانند اجاق‌هاي خوراک‌پزي گازي احتراق گاز صنعتي و انواع وسايل گرم کننده خانگي موادي را توليد مي‌کنند که محتوي صدها يا هزاران نانو لوله کربني هستند و ساختارهاي نانو کريستالي دارند. شواهد حاکي از آن است که نانو لوله‌هاي کربني فراوري نشده مي‌توانند آئروسل را در طي جابجا کردن به وجود آورند. کارخانجاتي که موادي بر پايه نانو لوله‌هاي کربني مانند فولرن توليد مي‌کنند، مي‌توانند باعث از بين رفتم گلوتامين و آسيب اکسيداتيو بر مغز ماهيان شوند. همچنين فولرن در خاک مي‌تواند حرکت کرده و توسط کرم‌هاي خاکي جذب شود و به اين ترتيب وارد زنجيره غذايي شود.
نانو ذرات طبيعي احتراق احتمالا مهمترين منبع توليد ذرات نانوي طبيعي در محيط زيست مي‌باشد. انتشار نانو ذرات مهندسي شده در محيط زيست خطرناک‌تر از ذرات طبيعي است. زيرا آنها مواد جديدي هستند و انسانها و موجودات زنده ديگر ممکن است داراي مکانيزمهاي دفاعي کافي در مقابل آنها نباشند. بررسي‌ها نشان مي‌دهد که به طور کلي ذرات نانو کربني و دي اکسيد تيتانيوم سمي‌تر از ذرات بزرگ همان مواد هستند.
آنچه از توانمندي‌هاي فناوري نانو ارائه شده به اين معني است که مي‌توان از اين روشها براي حفظ محيط زيست در آينده نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبيعي با کمک فناوري‌هاي پيشرفته بتوان به تعاملي پايدار با طبيعت رسيد. اما جنبه ديگر اين توانمندي خطرات احتمالي مرتبط با استفاده از محصولات نانو است که در صورت رعايت نکردن قوانين و مقررات خاص ايجاد مي‌شود. بنابراين لازم است آيين نامه‌هايي جهت استفاده ايمن و سالم محصولات نانو تهيه و تدوين گردد. تا بر اساس آن بتوان کنترل و نظارت بر کليه فعاليت‌هاي نانو تکنولوژي را اعمال کرد. در واقع دولت‌ها موظفند که علاوه بر تدوين استراتژي ملي و تصويب چارچوب سازماني براي نانو تکنولوژي، شرايط قانوني تحقيق و توسعه را مشخص نمايند.
منبع: پیک زمین(نشریه داخلی جمعیت زنان مبارزه با آلودگی محیط زیست گیلان)-شماره 54- نویسنده: سید مسعود لشته نشایی
