تُعد تقنية النانو استخدامًا لمواد يبلغ حجمها واحدًا من المليار من المتر (نانو متر). ومن بين الاستخدامات المحتملة لهذه التقنية تنظيف مصادر المياه الملوثة. وتحدثت الكيميائية التحليلية فيليزوا نومنجونغو، وهي باحثة رائدة في مجال تكنولوجيا النانو للمياه في جنوب إفريقيا، إلى The Conversation Africa عن أنواع الأجهزة التي تُنتَج باستخدام تقنية النانو وما يمكنها فعله.
ما هي تكنولوجيا النانو؟
تكنولوجيا النانو هي فرع من العلوم والهندسة مكرس لتصميم مواد أو أجهزة جديدة تتمتع بخصائص فيزيائية وكيميائية فريدة بسبب حجمها الصغير جدًا. وهي تنطوي على التلاعب بالذرات والجزيئات على مستوى النانو.
ما هي مشاكل تلوث المياه الرئيسية في جنوب إفريقيا؟
يمثل تلوث المياه في جنوب إفريقيا، كما هو الحال في الدول النامية الأخرى، تهديدًا صحيًا واقتصاديًا كبيرًا. فقد وجد تقرير ""بلو دروب"" لعام 2023 الصادر عن وزارة المياه والصرف الصحي في جنوب إفريقيا أن 46% من مياه البلاد ملوثة بالبكتيريا أو الجراثيم التي تسبب الأمراض، وأن نحو 68% من محطات معالجة مياه الصرف الصحي كانت على وشك الفشل.
تعود أنواع التلوث الموجودة في مياه جنوب إفريقيا بشكل كبير إلى:
فشل محطات معالجة مياه الصرف الصحي
مياه من الأنشطة الصناعية والزراعية تتسرب إلى مصادر المياه
نفايات لم تُتَخلص منها بشكل صحيح وتنتهي في الأنهار
أنشطة صناعية تطلق معادن ثقيلة في المياه
مصادر طبيعية للمعادن الثقيلة
عدم كفاية الوصول إلى مياه نظيفة
كما تُعد الملوثات الناشئة مصدر قلق كبير في مصادر المياه بجنوب إفريقيا. وتشمل:
الأدوية ومنتجات العناية الشخصية (الصابون، الشامبو وغيرها)
مبيدات الآفات الناتجة عن الزراعة
السموم الزرقاء (مواد سامة تنتجها الطحالب الزرقاء-الخضراء)
المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء (تتداخل مع وظيفة الهرمونات الطبيعية في الجسم مسببة مشكلات مثل العقم)
يمكن أن تسبب المياه الملوثة مشاكل صحية. وهذه المشاكل الصحية تعرقل التعليم وتُرهق النظام الصحي. والنتيجة هي زيادة عدم المساواة بين من يملكون مياه نظيفة ومن لا يملكونها.
كيف يمكن أن تساعد تكنولوجيا النانو؟
يُعد رصد جودة المياه أمرًا بالغ الأهمية. ولإيجاد حلول، يجب أولًا معرفة المشكلة. وتنبع معظم مشاكل تلوث المياه في جنوب إفريقيا من ضعف أنظمة المراقبة. لذلك، يستخدم فريقي البحثي وباحثون في قسم العلوم الكيميائية بجامعة جوهانسبرغ تكنولوجيا النانو لتحديد المشاكل في مصادر مختلفة مثل مياه الصرف أو مياه الأنهار – حتى في المناطق الريفية النائية.
اقرأ أيضًا: تكنولوجيا النانو لديها الكثير لتقدمه لنيجيريا لكن البحث يحتاج إلى دعم
فيما يلي بعض الطرق التي يمكن أن تساعد بها تكنولوجيا النانو في كشف مشاكل إمدادات المياه لدينا وحلها:
المجسات: على سبيل المثال، يمكن تعديل مواد صغيرة جدًا بعناصر بيولوجية (مثل الإنزيمات أو الحمض النووي) للكشف السريع وتحليل مسببات تلوث المياه.
الأغشية: مصنوعة من مواد نانوية يمكنها أخذ عينات من المياه واحتجاز الملوثات وإزالتها في نفس الوقت.
المواد الضوئية التحفيزية: تنشط التفاعلات الكيميائية عند تعرضها للضوء وتُحلل المواد الملوثة.
يمكن أن تساعد هذه التقنية الدول على تحقيق الهدف السادس من أهداف التنمية المستدامة للأمم المتحدة: ضمان توافر المياه وخدمات الصرف الصحي للجميع.
لماذا لا تستخدم جنوب إفريقيا تكنولوجيا النانو لتنقية المياه بالفعل؟
التحديات الرئيسية هي تكاليف إنشاء أنظمة تكنولوجيا النانو، وبناء تقنيات يمكن أن تعمل على نطاق واسع، ودمجها في أنظمة معالجة المياه الحالية. فبعض المواد النانوية باهظة الثمن.
كما أننا لا نعرف بعد مدى متانة المواد النانوية في الماء. مع مرور الوقت، تؤثر المواد الكيميائية والتغيرات في مستوى الحموضة ودرجة حرارة الماء على هذه المواد، مما يجعلها أقل كفاءة في إزالة الملوثات. وإذا تحطمت المواد النانوية، فقد تُطلق المزيد من الجسيمات الدقيقة في المياه، مما يُشكل شكلاً آخر من أشكال التلوث البيئي.
ومع ذلك، تُستخدم هذه التقنية بنجاح في أنظمة المياه في الهند والصين. وهما تتصدران البحث والتطوير في هذا المجال، مع بدء بعض عمليات التسويق. كما تستكشف الولايات المتحدة وألمانيا وسويسرا وفرنسا استخدام تكنولوجيا النانو في المياه.
ما الذي يجب أن يحدث بعد ذلك؟
من الناحية المثالية، ينبغي أن تمتلك جنوب إفريقيا أنظمة معالجة مياه لا مركزية تستخدم تكنولوجيا النانو. سيقلل ذلك من الحاجة إلى أنابيب وبنية تحتية مكلفة. وقد تستفيد المناطق الريفية بشكل خاص من ذلك.
ولكن أولًا، نحتاج إلى القدرة على إنتاج المواد النانوية على نطاق واسع وبتكلفة منخفضة. ويقوم فريقي البحثي حاليًا بالبحث في كيفية تصنيعها من مواد خام وفيرة ومنخفضة التكلفة مثل النفايات الزراعية ونفايات البلاستيك.
لقد استخدمنا رماد محطات الطاقة التي تعمل بالفحم وبقايا قصب السكر (الألياف المتبقية بعد استخراج العصير) لتحضير مواد نانوية بها ثقوب صغيرة جدًا لامتصاص التلوث.
كما استخدمنا مياه صرف حمضية من مناجم قديمة لصناعة جسيمات مغناطيسية نانوية تجذب وتمتص تلوث المعادن الثقيلة.
هذه الجهود تمهد الطريق لنشر تكنولوجيا النانو في أنظمة المياه في جنوب إفريقيا.
