به گزارش سرویس ترجمه ایمنا، با رشد سریع شهرنشینی در سراسر جهان و به‌دنبال آن افزایش گسترده تقاضا برای منابع انرژی پاک، شهرهای سبز نقشی محوری در ساختن آینده‌ای پایدار برای مردم ایفا می‌کنند. در این میان تداوم کاهش منابع طبیعی به توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر با بهره‌گیری از جلبک‌ها به‌عنوان منبعی امیدوارکننده و سبز منجر شده است که پایداری جهان را در آینده تضمین می‌کند. جلبک‌ها به دو دسته ریزجلبک‌ها (جلبک‌های میکروسکوپی) و جلبک‌های ماکروسکوپی (قابل رؤیت با چشم) تقسیم می‌شود.
ریزجلبک‌ها و نقش آن‌ها در شهرنشینی سبز
تمرکز بر پتانسیل ریزجلبک‌ها در کمک به توسعه شهرهای سبز در حال افزایش است. ریزجلبک‌ها، تک‌سلولی و رشته‌ای هستند و به‌صورت کلونی رشد می‌کنند. این گونه‌ها توانایی رشد در آب‌های شور و شیرین و زمین‌های مرطوب را در طیف وسیعی از نور و دما دارند و در شرایط سخت دوام می‌آورند. با وجود فعل‌وانفعالات فتوسنتزی بسیار قوی، ریزجلبک‌ها تولید درصد بالایی از مواد اولیه طبیعت را برعهده دارند و سرشار از مواد زیستی باارزش برای انسان و حیوانات هستند.
ریزجلبک‌ها به‌طور معمول از یک سلول منفرد یا تعداد کمی سلول در یک ساختار بسیار ساده در کنار هم ساخته می‌شوند که می‌توانند به سرعت رشد کنند و به یک زیست‌توده بزرگ غنی از مواد مغذی تبدیل شوند. سرعت رشد بالای ریزجلبک‌ها و توانایی تثبیت زیستی قوی آن‌ها برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید به اکسیژن در سطح جهانی مورد توجه قرار دارد و تحقیقات فشرده‌ای در مورد مزایای این گونه‌های تک‌سلولی در دست انجام است.
طبق این تحقیقات مزیت عمده ریزجلبک‌ها برای توسعه شهرنشینی سبز، توانایی آن‌ها در جمع‌آوری انرژی از نور خورشید و دی‌اکسید کربن و به‌دنبال آن تبدیل مواد مغذی به زیست‌توده و اکسیژن است. این امر منجر به ایجاد شهرهای سبز از طریق کشت جلبک می‌شود، زیرا در این شهرها می‌توان از زباله‌ها و مواد تجدیدپذیر به‌خوبی استفاده کرد.
مطالعات همچنین بر چالش‌هایی نیز متمرکز است که هنگام استفاده از جلبک‌ها و چشم‌انداز آینده شهرها از نظر اهداف توسعه پایدار و اقتصاد به وجود می‌آیند. با این وجود آنچه محرز است این‌که آینده شهرهای سبز را می‌توان با انطباق جلبک‌ها به‌عنوان منابع گیاهی تجدیدپذیر برای ایجاد چشم‌انداز بهتر از یک شهر سبز جلبکی بهبود بخشید.
نقش ریزجلبک‌ها در بهبود کیفیت هوای شهرها
قرار گرفتن پایداری در دستورکار دولت‌ها و کسب‌وکارها در سرتاسر جهان ممکن است ظاهر محیط‌های شهری امروزی را به‌طور کلی متحول کند. از ترموستات‌های هوشمندی که می‌توان با استفاده از تلفن‌های همراه آن‌ها را مدیریت کرد تا لامپ‌های کم‌مصرف و پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام‌ها، ساختمان‌های امروزی از طیف گسترده‌ای از فناوری برای کاهش اثرات زیست‌محیطی خود استفاده می‌کنند. یکی از این فناوری‌ها، «سیستم روکش ساختمان فتوسنتزی» نام دارد. پنل‌های این سیستم، محلولی حاوی ریزجلبک‌ها را در خود جای می‌دهد و از انرژی خورشیدی برای خارج کردن دی‌اکسید کربن و سایر آلاینده‌ها از جو استفاده می‌کند.
تابش خورشید روی این پنل‌ها قابلیت فتوسنتزی آن‌ها را فعال می‌کند. سیستم‌ها دارای حفره‌هایی هستند که هوای کثیف ورودی به آن‌ها از قسمت‌های پایینی، در تماس با مولکول‌های جلبک تمیز و به‌صورت هوای پاک و اکسیژن از سمت بالای سیستم به جو آزاد می‌شود. توانایی این سیستم‌ها در جذب کربن‌دی اکسید ۱۰ برابر بیشتر از درختان بزرگ است، چراکه کل بدنه آن‌ها امکان فتوسنتز را دارند.
به این ترتیب ادغام ریزجلبک‌ها در فناوری، حتی به‌صورت یک لایه نازک نیز برای شهرها هم چون یک جنگل کوچک برای جذب کربن‌دی‌اکسید عمل می‌کند. این اقدام پتانسیل جدیدی برای ادغام فناوری جذب کربن در محیط‌های شهری متراکم و آلوده ارائه می‌دهد.
ایده‌هایی این‌چنینی می‌توانند در سال‌های آینده بسیار اهمیت پیدا کنند، زیرا دولت‌ها و کسب‌وکارها به‌دنبال تغییر محیط‌های شهری ساخته‌شده و پایدارتر کردن آن هستند. از آنجا که حدود ۸۰ درصد از ساختمان‌های شهری که در سال ۲۰۵۰ میزبان جمعیت‌های عظیم شهرنشین خواهد بود، در حال حاضر ساخته شده است، چنین ایده‌های انطباقی برای افزوده شدن به ساختمان‌ها بسیار مهم است.
دانشمندان و برنامه‌ریزان شهری همچنین از طرحی موسوم به «درخت مایع» به‌عنوان جایگزینی برای درختان در مناطق شهری رونمایی کرده‌اند که شامل مخازن ۶۰۰ لیتری مملو از آب و ریزجلبک‌ها می‌شود. این مخازن با استفاده از کلروفیل از نور خورشید انرژی دریافت و در فرایندی مشابه با درختان و سایر گیاهان از فتوسنتز برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید به اکسیژن استفاده می‌کنند.
درختان مایع راه‌حلی مفید برای مقابله با آلودگی هوا در شهرها به‌شمار می‌روند. این مخازن در حذف کربن‌دی‌اکسید از جو مؤثرتر از درختان و بین ۱۰ تا ۵۰ برابر سریع‌تر از آن‌ها عمل می‌کند. باید به این نکته توجه داشت که درختان مایع هرگز قرار نیست جایگزین درختان سبز شهری شوند، بلکه به‌عنوان مکملی با فضای کارآمد برای شهرهایی عمل می‌کنند که با کیفیت پایین هوا مواجه هستند.
هدف از توسعه این مخازن جایگزینی جنگل‌ها نیست، بلکه استفاده از آن‌ها برای پر کردن خلأ سبز موجود در شهرهایی است که فضایی برای کاشت درخت ندارند. علاوه بر این، در بعضی شهرها آلودگی هوا به قدری شدید است که از رشد درختان جلوگیری می‌کند. درختان در شرایط خاصی از آلودگی شدید زنده نمی‌مانند، اما انعطاف‌پذیری بالای ریزجلبک‌ها به آن‌ها امکان رشد در هر فضایی را می‌دهد.
درختان مایع نیاز زیادی به نگهداری ندارند و جلبک‌ها خود از محل شکوفه‌های جلبکی در حال رشد ایجاد می‌شوند، تنها باید هر ۴۵ روز یک‌بار مخازن تخلیه و به آن آب تازه و مواد معدنی اضافه شود. از مواد تخلیه‌شده نیز می‌توان به‌عنوان کود، در تصفیه فاضلاب یا برای تولید سوخت زیستی استفاده کرد.
نقش ریزجلبک‌ها در ساخت‌وساز شهرهای آینده
سوزاندن سنگ آهک در معادن، سالانه به انتشار هفت درصد از گازهای گلخانه‌ای ناشی از تولید سیمان در سراسر جهان کمک می‌کند که آمار قابل‌توجهی است. دانشمندان امیدوارند با بهره‌گیری از سنگ‌آهک‌های ساخته‌شده از پرورش ریزجلبک‌ها این مشکل را برطرف کنند. آن‌ها روشی را برای استفاده از ریزجلبک‌ها به‌منظور جذب دی‌اکسید کربن از اتمسفر کشف کرده‌اند که تولید سیمان را کربن‌خنثی و حتی کربن‌منفی می‌کند. پژوهش محققان بر پیشبرد و گسترش تولید سیمان مبتنی بر «سنگ آهک بیوژنیک» و کمک به ایجاد آینده‌ای کربن‌صفر قرار دارد.
یکی از رایج‌ترین مصالح مورد استفاده برای پایه ساختمان‌ها در سراسر جهان، بتن به‌عنوان خمیری از آب و سیمان است که اجزایی مانند ماسه، شن یا سنگ خردشده به آن اضافه می‌شود. خمیر ذرات را در کنار هم نگه می‌دارد و مخلوط بتن را سخت می‌کند. محبوب‌ترین شکل سیمان با استخراج سنگ آهک از معادن بزرگ و سوزاندن آن در دمای بالا به‌دست می‌آید که دی‌اکسید کربن زیادی تولید می‌کند. به همین دلیل مطالعات بر یک روش خالص کربن‌خنثی برای تولید سیمان با جایگزینی سنگ آهک تولید شده بیولوژیکی طی فرایندی طبیعی به جای سنگ آهک استخراج‌شده از معادن متمرکز است که گونه‌های خاصی از ریزجلبک‌های آهکی از طریق فتوسنتز انجام می‌دهند.
سیمان یکی دیگر از مواد رایج مورد استفاده در سیمان است که از سنگ آهک آسیاب‌شده به‌دست می‌آید که ۱۵ درصد از ترکیب پایه ساختمان را تشکیل می‌دهد. به این ترتیب جایگزینی سنگ‌آهک بیوژنیک با انواع استخراج‌شده از معادن، نه تنها با جذب دی‌اکسید کربن از جو و نگهداری دائمی آن در بتن، آن را کربن‌خنثی می‌کند، بلکه به کربن‌منفی شدن آن منجر می‌شود.
اگر تمام ساخت‌وسازهای مبتنی بر سیمان در سراسر جهان با مواد زیستی جایگزین شوند، به جای انتشار سالانه دو گیگاتن کربن‌دی‌اکسید به جو، بیش از ۲۵۰ میلیون تن کربن‌دی‌اکسید اضافی از جو بیرون کشیده و در سیمان سنگ‌آهک بیوژنیک ذخیره می‌شود که این امر مکانیسمی برای التیام سیاره است.
نقش ریزجلبک‌ها در تأمین انرژی شهرهای آینده
لیتیوم بی‌تردید در سال‌های آینده تقاضای بالایی خواهد داشت، به‌ویژه که پیش‌بینی می‌شود دستگاه‌های اینترنت اشیا تا قبل از سال ۲۰۲۵ بین سی تا پنجاه میلیارد رشد کنند. معرفی روش‌های نوآورانه برای انرژی دادن به این دستگاه‌ها می‌تواند به حفظ لیتیوم همچنین کاهش هزینه‌های مرتبط با آن و میزان انتشار کربن‌دی اکسید هنگام حمل آن به کشورهایی دیگر کمک کند، بنابراین بسیار مهم است که جهان به راهکارهایی دست پیدا کند تا نیروهای مورد نیاز برای این دستگاه‌ها را بدون تخلیه منابع کمیاب لیتیوم تأمین کند.
دانشمندان امروزی در نظر دارند باتری‌های لیتیوم یونی را با «باتری‌های جلبکی» پایدار خود جایگزین کند و از پتانسیل فتوسنتز برای متحول کردن ذخیره انرژی استفاده کند. این باتری‌ها با گذشت زمان می‌توانند انرژی موردنیاز برای دستگاه‌های اینترنت اشیا را تأمین کنند.
فتوسنتز شامل انتقال الکترون است و فناوری پیشنهادی از این فرآیند و از واکنش‌دهنده‌ها برای برهمکنش با الکترون‌های سلول‌ها استفاده می‌کند.
یکی از ویژگی‌های خاص این فناوری فعالیت مداوم آن در طول روز و شب است. به این صورت که در شب، زمانی که فتوسنتز اتفاق نمی‌افتد، جلبک‌ها قندهای خود را می‌سوزانند که این عمل شامل انتقال الکترون نیز می‌شود و می‌توان از آن برای تولید جریان الکتریسیته استفاده کرد.
گزارش از مریم زمانی، خبرنگار ایمنا
نظر شما