بخاطر بزرگ شدن در ویسکانسین شمالی،
طبیعتا در من تعلق خاطری با رودخانه می سی سی پی شکل گرفته است.
وقتی کوچک بودم،
من و خواهرم با هم سر این که کدام یک از ما سریعتر م ی س ی س ی پ ی را
هجی می‌کرد رقابت داشتیم.
وقتی در مدرسه ابتدایی بودم،
درباره کاوشگران گذشته مارکوت و ژولیت و اکتشافات آن‌ها
همچنین نحوه استفاده آن‌ها از گریت لیکس و رودخانه می سی سی پی و جویبارهای آن
برای کشف میدوست و ترسیم مسیری تجاری به خلیج مکزیک
مطالعاتی را انجام دادم.
در دوران فوق لیسانس
شانس این را داشتم که می سی سی پی را بیرون از پنجره
آزمایشگاه تحقیقاتی خود در دانشگاه
مینوسوتا داشته باشم.
طی آن دوره پنج ساله، رودخانه می سی سی پی را شناختم.
طبیعت دمدمی آن را شناختم
در یک چشم بهم زدن به سمت خط ساحلی هجوم می‌آورد،
و اندکی بعد از آن،
خط ساحلی خشکی جلوی چشمان شما پدیدار می‌شد.
امروز، به عنوان یک شیمیدان آلی - فیزیکی،
متعهدم که از آموخته‌هایم برای کمک به
حفاظت از رودخانه‌هایی مثل می سی سی پی کمک کنم،
درمقابله با نمک بیش از حدی که به علت فعالیت بشر وارد آن می‌شود.
چون همانطور که می‌دانید،
نمک چیزی است که رودخانه‌های آب شیرین را آلوده می‌کند.
میزان غلظت نمک رودخانه‌های آب شیرین تنها ۰/۰۵ درصد است.
و در این سطح، آشامیدن آب از آن‌ها بی خطر است.
اما اکثر آب سیاره ما در اقیانوس‌ها قرار دارد،
و سطح شوری آب اقیانوس بالای ۳ درصد است.
اگر آن را بنوشید سریعا بیمار می‌شوید.
بنابراین اگر حجم نسبی آب اقیانوس
را با آب رودخانه‌ها قیاس کنیم،
باید گفت که آب اقیانوس را می‌توانیم
در یک استخر شنای سایز المپیک جای دهیم،
آن وقت آب رودخانه‌های ما در یک پارچ یک گالنی جا می‌گیرند.
پس میزان ارزشمندی این منبع را فهمیدید.
اما آیا با آن به عنوان یک منبع با ارزش برخورد می‌کنیم؟
یا رفتارمان با آن مثل یک قالی کهنه است
که از آن به عنوان پادری و برای تمیز کردن کفشتان استفاده می‌کنید؟
برخورد کردن با رودخانه‌ها مثل یک قالی کهنه عواقبی جدی به دنبال دارد.
بیایید نگاهی بندازیم.
ببینیم یک قاشق چایخوری نمک چه اثری دارد.
اگر یک قاشق چایخوری نمک را
به استخر شنای المپیکی از آب اقیانوس اضافه کنیم،
آب اقیانوس همان گونه باقی می‌ماند.
اما اگرهمین مقدار را به این پارچ یک گالنی
از آب شیرین رودخانه اضافه کنیم،
ناگهان، برای آشامیدن خیلی شور می‌شود.
پس نکته اینجاست
چون رودخانه‌ها، در قیاس با اقیانوس‌ها کوچکترند،
نسبت به اقدامات بشر آسیب پذیرتر هستند،
و باید از آن‌ها محافظت کنیم.
اخیرا با تحقیقی برخورد کردم
که میزان سلامت رودخانه‌های دنیا را بررسی کرده بود.
و کاملا انتظار داشتم که رودخانه‌های ناسالم و آلوده را در مناطقی
که کمبود آب و توسعه‌های پیشرفته صنعتی وجود داشت ببینم.
آلودگی را بیشتر درنواحی شمالی چین و هندوستان دیدم.
حیرت زده شدم وقتی مقاله‌ای از سال ۲۰۱۸ را خواندم،
که در آن از ۲۳۲ رودخانه در سرتاسر ایالات متحده
برای نمونه برداری استفاده شده بود.
و از میان آن‌ها،
۳۷ درصد افزایش سطح شوری داشتند.
آنچه بیشتر مایه تعجب است
آن‌هایی که بیشترین افزایش را داشتند
در شرق ایالات متحده یافت شدند
نه درقسمت‌های خشک جنوب غربی.
مولفان این تحقیق فرضشان بر این بود که
این اتفاق بخاطر نمکی بوده که برای یخ زدایی جاده‌ها استفاده شده است.
بطور بالقوه، منبع دیگر این نمک از
پساب‌های شور صنعتی است.
همانطور که می‌بینید، فعالیت‌های بشری می‌تواند رودخانه‌های آب شیرین ما را به آبی
تبدیل کند که بیشتر شبیه آب اقیانوس هاست.
پس لازم است پیش از این که دیر شود دست به کار شویم.
و من پیشنهادی دارم.
می‌توانیم یک راهکار دفاعی سه مرحله ای را اتخاذ کنیم،
و اگر کاربران آب صنعتی این راهکار دفاعی را به کار گیرند،
قادریم رودخانه‌هایمان را در موقعیتی ایمن‌تر قرار دهیم.
گام اول آن،
استخراج آب کمتر از رودخانه
از طریق پیاده سازی عملیات‌های بازیافت و استفاده مجدد ازآب است.
گام دوم،
لازم است نمک را از پساب‌های شور صنعتی بزداییم
و بعد از بازیافت برای مقاصد دیگر دوباره استفاده کنیم.
و گام سوم، لازم است مصرف کنندگان نمکی که اینک نمکشان را از معادن به دست می آورند را
به مصرف کنندگانی تبدیل کنیم که
نمکشان از منابع بازیافتی تامین می‌کنند.
این مکانیسم دفاعی سه مرحله‌ای هم اکنون در حال اجرا است.
این طرح‌ها در چین شمالی و هندوستان در حال اجرا هستند
تا به احیا مجدد رودخانه‌ها کمک کنند.
اما پیشنهادم این است که
از این راهکار دفاعی برای حفاظت از رودخانه‌ها استفاده کنیم،
تا نیازی به احیا مجدد آن‌ها نباشد.
و خبر خوب این که فناوری انجام این کار را در اختیارداریم.
به کمک غشاها.
غشاها قادرند آب و نمک را سوا کنند.
سالهاست که غشاها را در اختیار داریم،
آن‌ها بر پایه مواد پلیمری هستند که بر اساس اندازه
یا بر اساس بار تفکیک می‌کنند.
غشاهایی که برای نمک زدایی از آب استفاده می‌شوند
عموما تفکیک کردن‌شان بر اساس بار است.
این غشاها دارای بار منفی شده،
و به دفع یون‌های کلرید دارای بار منفی
که درون نمک حل شده قرار دارد کمک می‌کنند.
بنابراین، همانطور که گفتم، این غشاها را سالهاست که در اختیار داریم،
و در حال حاضرهر دقیقه ۲۵ میلیون گالن آب را تصفیه می‌کنند.
حتی شاید بیشتر از آن.
کارایی‌شان بیشتر از این‌هاست.
این غشاها بر پایه اسمز معکوس عمل می‌کنند.
اسمز فرایندی طبیعی است که در بدن ما اتفاق می‌افتد--
همون جوری که سلول‌های ما کار می‌کنند.
اسمز جایی رخ می‌دهد که دو اتاقک داریم
که دو سطح از غلظت نمک را تفکیک می‌کند.
یکی با سطح غلظت نمک کمتر
و دیگری با سطح غلظت نمک بیشتر.
عامل جدایی این دو اتاقک همان غشا نیمه نفوذپذیر است.
تحت فرایند اسمز طبیعی،
اتفاقی که می افتد انتقال آب ازغشاء است که به طور کاملا طبیعی
از محلی که غلظت نمک پایین‌تر است
به محلی که غلظت نمک بیشتراست،
صورت می‌گیرد تا توازن برقرار شود.
اسمز معکوس، وارونه کردن این فرایند طبیعی است.
و برای نائل شدن به این روند معکوس،
آنچه باید انجام داد اعمال فشار به طرفی است که غلظت بالا دارد
برای این کارآب را به جهت مخالف می‌رانیم.
و بنابراین سمت غلیظ تر شورتر شده،
غلظت بیشتری پیدا می‌کند،
و سطح رقیق تر آب تصفیه می‌شود.
با استفاده از اسمز معکوس، پساب صنعتی را می‌گیریم
و تا ۹۵٪ آن را به آب خالص تبدیل می‌کنیم،
تنها ۵٪ آن مخلوطی غلیظ از نمک است.
حال، این ۵٪ مخلوط نمکی
پساب نیست.
دانشمندان غشاهایی را ساخته اند
که به گونه‌ای تغییر کرده‌اند تا اجازه عبور برخی نمک‌ها را بدهند
و برخی دیگر را ندهند.
با استفاده از این غشاها،
که معروف به غشاهای نانوفیلتراسیون هستند،
اکنون میتوان این ۵٪ محلول نمکی را به
محلول نمک خالص تبدیل کرد.
بنابراین، در مجموع، با استفاده از اسمز معکوس وغشاهای نانوفیلتراسیون،
می‌توانیم پساب صنعتی را
به منبعی از آب و نمک تبدیل کنیم.
و با این کار،
به ارکان شماره یک و دو این راهکار دفاعی از رودخانه دست بیابیم.
این راهکار را به کاربران آب صنعتی معرفی کردم،
و پاسخ معمول این بوده که،
«درسته، اما کی قراره از این نمک‌ها استفاده کنه؟»
برای همین ستون سوم اهمیت بالایی دارد.
لازم است افرادی که نمک معادن را مصرف می‌کنند
به مصرف کنندگان نمک بازیافتی تبدیل کنیم.
خب این مصرف کنندگان چه کسانی هستند؟
خب، سال ۲۰۱۸ در ایالات متحده،
فهمیدم که ۴۳ درصد نمک مصرف شده در آمریکا
برای یخ‌زدایی از جاده‌ها استفاده شده است.
۳۹ درصد در صنایع شیمیایی به کار رفته.
بیایید نگاهی به این دو کاربرد داشته باشیم.
خب، شوکه شدم.
در زمستان ۲۰۱۹-۲۰۱۸
یک میلیون تن نمک
در جاده‌های ایالت پنسیلوانیا استفاده شده بود.
یک میلیون تن نمک برای پر کردن
دو سوم ساختمان امپایر استیت کافی است.
آن یک میلیون تن نمکی که از زمین استخراج می‌شود،
در جاده‌های ما به کار می‌رود،
سپس به درون محیط زیست و رودهای ما شسته می‌شود.
بنابراین پیشنهاد این است که حداقل با تامین نمک از
پساب‌های صنعتی،
از رفتن آن‌ها به رودها،
و استفاده آن‌ها در جاده‌ها جلوگیری کنیم.
بنابراین زمانی که در بهار با آب شدن یخ‌ها مواجه ایم
و این میزان بالای جاری شدن نمک را داریم،
حداقل رودخانه‌ها در وضعیت بهتری برای دفاع از
خود علیه آن باشند.
حال به عنوان یک شیمیدان،
فرصتی که بسیار مشتاق آن بودم
معرفی مفهوم نمک دورانی در صنایع شیمیایی است.
صنعت کلر- قلیایی بی نظیر است.
صنعت کلرـ قلیایی منبع اپوکسی‌هاست،
منبعی برای اورتان‌ها و حلال‌ها
و شماری از محصولات مفیدی که در زندگی ما به طور روزمره مصرف می‌شوند.
و از نمک کلراید سدیم به عنوان ماده اصلی استفاده می‌کند.
پس ایده این است،
که در وهله نخست، نگاهی به اقتصاد خطی بیاندازیم.
در اقتصاد خطی، نمک از معدن استخراج می‌شود،
پس از پشت سر گذاشتن فرایند کلر- قلیایی،
به ماده شیمیایی اولیه تبدیل می‌شود،
که قابلیت تبدیل شدن به محصولات جدید دیگر
یا محصولات کاربردی تر را دارد.
اما طی این فرایند تبدیل،
اغلب اوقات، نمک به عنوان فرآورده ای فرعی دوباره تولید شده
و سرانجام درون پساب‌های صنعتی یافت می‌شود.
بنابراین ایده این است که می‌توانیم این شکل دورانی را معرفی کنیم،
و آب و نمک را از جریانات پساب صنعتی
کارخانه‌ها بازیافت کنیم،
و برای فرایند کلر- قلیایی ارسال کنیم.
نمک دورانی
حال اثرگذاری آن چه میزان است؟
خب، این مثال را درنظر بگیرید.
۵۰ درصد تولید پروپلین اکسید دنیا
از طریق فرایند کلرـ قلیایی انجام می‌شود.
و به طور کل سالانه حدودا پنج میلیون تن پروپلین اکسید
در دنیا ساخته می‌شود.
بنابراین پنج میلیون تن نمک معدن از طریق
فرایند کلرـ قلیایی به پروپلین اکسید تبدیل می‌شود،
و حین این فرآیند،
پنج ملیون تن نمک روانه پساب‌ها می‌شود.
۵ میلیون تن نمک،
برای پر کردن سه ساختمان امپایر استیت کافی است.
و این میزان سالیانه است.
بنابراین می‌توانید ببینید که نمک دورانی چگونه می‌تواند سدی برای در امان ماندن
رودهای ما از سرازیر شدن نمک به سوی آن‌‌ها باشد.
شاید با خودتان بگویید،
عجب! این همه سال غشاها را در اختیار داشتیم
آن وقت چرا در بازیافت پساب استفاده نشدند؟
خب، مشکل اصلی این است،
که برای اجرای طرح استفاده مجدد از پساب پول لازم است.
دوما،
آب در این مناطق بی ارزش است.
تا مادامی که دیر شود.
واقف هستید که اگر برای پایداری آب شیرین چاره ای نکنیم،
با عواقبی جدی مواجه می‌شویم.
کافی است تنها از یکی از بزرگترین تولیدکنندگان مواد شیمیایی جهان
که سال گذشته بخاطر پایین آمدن سطح رود راین در آلمان
دچار خسارت ۲۸۰ میلیون دلاری شد سوال کنید.
می‌توانید از ساکنان کیپ تاون در آفریقای جنوبی بپرسید،
که بخاطر تجربه خشکسالی برای سالیان متمادی منابع آبی آن‌ها کاملا خشک شده
و از آن‌ها خواسته شده که موقع توالت رفتن آب مصرف نکنند.
بنابراین همانطور که مشاهده می‌کنید،
با کمک غشاها راهکارهایی داریم،
تا بتوانیم آب خالص تامین کنیم،
نمک خالص تامین کنیم،
با کمک غشاها به هردو آن‌ها دست پیدا کنیم،
تا به حفاظت از رودخانه‌ها برای نسل‌های آینده کمک کنیم.
متشکرم.
(تشویق)