نوشته دکتر محمدرضا عاطفی
مشاور استراتژی و آینده پژوه
عضو هیات علمی دانشگاه و رئیس هیات مدیره گروه ناب
آینده آب: نوآوری‌ها پایداری و انعطاف‌پذیری آب
جمعیت جهان تا سال 2050 به 9.7 میلیارد نفر می‌رسد، و جمعیت کشور ایران نیز به بیش از ۹۵ میلیون نفر خواهد رسید. بخش تامین آب و خدمات فاضلاب به دلیل تأثیرات تغییرات آب و هوایی، کمبود بودجه دولت، تلاطم دولتی یا خصوصی بودن بخش آب و فاضلاب، فرسوده بودن تجهیزات و عدم استفاده از فناوری‌های جدید، و …. به ناچار باید انعطاف‌پذیری و پایداری این بخش را افزایش دهد.
نوآوری و فناوری نقش حیاتی در کمیابی و کیفیت آب، بهره‌وری آب، عملیات تاسیساتی، پایش، تصفیه، داده‌ها و تحلیل دارند. کارآفرینان و نوآوران در سطح جهانی هر روز تمایل بیشتری برای توسعه و بکارگیری فناوری‌های امیدوارکننده پیدا می‌کنند. نوآوری‌هایی از قبیل: سنجش از راه دور آب، که می‌تواند به حسابداری آب، اصلاح آب بدون درآمد و موارد دیگر کمک کند. اینترنت اشیا، که آبیاری هوشمند، کنترل کیفیت آب را ممکن می‌سازد، و وقتی با ظرفیت محاسباتی جدید همراه شود، به ما امکان می‌دهد مدل‌های پیچیده‌ای برای مدیریت آب ایجاد کنیم.
همکاری با شرکت‌هایی که جدیدترین نوآوری‌های فناوری را در این بخش ارائه می‌دهند، می‌تواند به پیشبرد چنین تلاش‌هایی کمک کند. گروه ناب، به شرکت‌های جاافتاده و تولیدی همکاری می‌کند تا با توسعه استراتژی و مدیریت نوآوری آنها محصولات و خدمات امیدوار کننده را توسعه دهند.
نوآوری آب نیازمند پرداختن به چالش‌های بزرگ در حوزه آب از جمله فن‌آوری‌های جدید برای تصفیه آب آشامیدنی، بازیافت و تصفیه فاضلاب، مدیریت آب‌های سطحی، توصیف شرایط آب‌های زیرزمینی و زیرسطحی و بهره‌برداری از انقلاب داده‌ها است. چالش بلندپروازانه استفاده از مهندسی و تفکر سیستمی برای درک اینکه چگونه بشر می‌تواند زیرساخت‌ها و سبک زندگی ما را برای پاسخ به تغییرات آب و هوایی تغییر دهد، یک نیروی محرکه در دستور کار تحقیقاتی مراکز دانشگاهی و شرکت‌های دانش بنیان در زمینه آب است. تحقیقات اساتید و دانشجویان در خط مقدم توسعه فناوری و استراتژی‌ها برای رسیدگی به چالش‌های کمیت و کیفیت آب است که توانایی ما را برای حفظ جوامع سالم و محیط‌های سالم تهدید می‌کند.
نمونههای حوزه‌های آینده نوآوری آب
علم داده و سنجش آب
اطلاعات آب برای رفاه اقتصادی ملی و محلی، حفاظت از جان و دارایی و مدیریت مؤثر منابع آب کشور ضروری است. تحقیقات علم داده‌های آب بر توسعه روش‌های جدید و استفاده از روش‌های موجود مانند یادگیری ماشینی، یادگیری عمیق و تجسم داده‌ها برای مهار انفجار داده‌های تولید شده از سیستم عامل‌های حسگر جدید متمرکز است. تلاش‌ها در این زمینه بر راه‌حل‌های جدید برای چالش‌های داده‌های کلیدی مانند استخراج ویژگی، خوشه‌بندی، طبقه‌بندی و مقیاس‌بندی متمرکز است.
روش‌های محاسباتی پیشرفته در مدیریت منابع آب
روش‌های متعددی که آب در میان سطح زمین حرکت می‌کند و با سطح زمین برهم‌کنش می‌کند، منجر به برخی تحلیل‌ها و مدلسازی داده‌ها به‌شدت پیچیده می‌شود. به عنوان مثال، توصیف برهمکنش‌های آب‌های زیرزمینی و سطحی در امتداد کریدورهای رودخانه‌ای نیازمند مدلسازی پیچیده در فضا و زمان با مجموعه داده‌هایی است که اغلب پراکنده هستند یا عدم قطعیت بالایی دارند. محققان در خط مقدم توسعه و به کارگیری رویکردهای محاسباتی جدید برای استفاده بهینه از داده‌های محدود موجود برای حفاظت از منابع آب هستند.
حفاظت از محیط زیست و بهداشت عمومی یک نگرانی کلیدی اجتماعی است که ذاتاً با آب پاک مرتبط است. تحقیقات فعلی در رابطه آب و سلامت اکولوژیکی و انسان تلاش می‌کند تا آسیب به محیط طبیعی و اکوسیستم را محدود کند و به طور بالقوه از قرار گرفتن انسان و سیستم‌های طبیعی در معرض خطرات اجتناب کند.
تصفیه آب، استفاده مجدد و بیوتکنولوژی‌های زیست محیطی
آلاینده‌های نوظهور، میکروپلاستیک‌ها، مواد آلی اضافی و دسترسی محدود به آب، همگی چالش‌های مهم قرن بیست و یکم هستند که نیازمند نوآوری‌های جدید در تصفیه آب، استفاده مجدد و بیوتکنولوژی‌های زیست محیطی هستند. نوآوری‌ها بر تصفیه آب و بیوتکنولوژی زیست محیطی و همچنین رویکردهای جدید برای اعمال شیوه‌های بهینه و پایدار در استفاده مجدد از آب و مدیریت پسماند متمرکز هستند.
هیدرولوژی مهندسی و ژئومورفولوژی رودخانه‌ای
پایش، مدلسازی و پیش‌بینی منابع آب در بالا دست و آب‌های زیرزمینی برای مدیریت مؤثر منابع آبی کشور ضروری است. از آنجایی که تغییرات آب و هوایی چالش‌های خشکسالی، آلودگی آب‌های زیرزمینی، افزایش سیل‌ها و رویدادهای شدید، فزاینده‌تر می‌شوند، مهندسان نقشی حیاتی در توسعه پیش‌بینی منابع آب ایفا می‌کنند. نوآوری‌ها بر راه‌حل‌های جدید برای مطالعه خطرات سیل، فرسایش و انتقال رسوب، آلودگی آب‌های زیرزمینی، مدیریت آب و واکنش‌های اکوسیستم متمرکز است.
تأثیرات تغییر اقلیم بر زیرساخت‌های طبیعی و ساخته شده
چالش بلندپروازانه استفاده از دانش مهندسی و تفکر سیستمی دنبال خواهد شد تا مشخص گردد چگونه می‌توان در واکنش به تغییرات آب و هوایی، زیرساخت‌ها و سبک زندگی به طور بهینه تغییر یابد. با توجه به پیامدهای مخرب تغییرات آب و هوایی و خطرات طبیعی و انسانی، توسعه استراتژی‌های سازگاری برای حفاظت از جان انسان‌ها، زیرساخت‌های عمرانی و محیط زیست ضروری است.
حوزه‌هایی مانند هوش مصنوعی، حوزه روباتیک، داده کاوی، مدلسازی دینامیکی و روش‌های محاسباتی پیشرفته و … همگی می‌توانند بر نوآوری‌های این حوزه بیافزایند.
نمونههای عملی نوآوری‌ها
فناوری‌ها و نوآوری‌ها می‌تواند به شرکت‌های آب و فاضلاب کمک کند تا به صورت دیجیتالی به مشتریان خدمات ارائه دهند، منابع آب را از راه دور مدیریت کنند و در زمان واقعی، به کشاورزان برای تصمیم گیری هوشمندانه جهت مصرف آب و استفاده از آنها توانایی می‌دهد. نوآوری‌ها و توزیع فناوری باید به گونه‌ای باشد که خدمات آب و فاضلاب به جوامع محروم به صورت یکسان قابل ارائه باشد.
نوآوری در اندازه‌گیری هوشمند نشتی آب
برای مثال اسمارتر هومز شرکتی است که دستگاه WaterOn را تولید می‌کند که یک سیستم اندازه‌گیری هوشمند و خودکار جلوگیری از نشتی آب است. تاکنون این دستگاه در ساختمان‌های آپارتمانی در هند مورد استفاده قرار گرفته است و به طور متوسط 35 درصد از مصرف آب را صرفه‌جویی کرده است. این دستگاه تا کنون در اختیار 40000 خانوار قرار گرفته است. در همین حال، در بنگلور، استفاده از آن تقریباً 71 میلیون لیتر آب در هر ماه صرفه‌جویی کرده است.
فناوری‌هایی مانند سیستم WaterOn به ویژه در کمک به دولت‌ها برای دستیابی به هدف توسعه پایدار، عدالت در دسترسی همگان و مدیریت پایدار آب و فاضلاب موثر خواهد بود.
نوآوری در خدمات هوشمند
یک حوزه دیگر نوآوری، افزایش دسترسی و ارائه خدمات به مصرف کنندگان است. شرکت واندرکید یک پلتفرم مدیریت تلفن همراه ارائه می‌دهد تا شرکت‌های خدماتی بتوانند خدمات مراقبت از مشتری و صورتحساب خود را بهبود بخشند. این پلتفرم داده‌ها را برای اطلاع از برنامه‌ریزی، سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها، و همچنین پایش و نظارت مانند نظارت بر انطباق استانداردهای ارائه خدمات به شهروندان، ترکیب می‌کند. این پلتفرم در بیش از بیست شرکت خدماتی در جنوب صحرای آفریقا مورد استفاده قرار گرفته است و منجر به دسترسی 500000 نفر به خدمات ایمن‌تر و قابل اعتمادتر شده است.
فناوری یک عنصر حیاتی است که می‌تواند به ما در بهبود بخش‌های آب و فاضلاب و تقویت مدیریت منابع آب کمک کند. هر برنامه استراتژیکی باید ” سه هدف استراتژیک را در نظر بگیرد: تضمین پایداری، برآورده کردن نیازهای اساسی ذینفعان، و در نظر گرفتن نیروهای بلند مدتی که محیط خارجی را شکل می‌دهند.”
نوآوری در ارائه داده‌های هوشمند آب
یکی از نیازهای اساسی هر فردی دسترسی به غذا و آب است. اما خشکسالی و سایر اثرات منفی تغییرات آب و هوایی می‌تواند هر دو را به خطر بیاندازد. اگر کشاورزان بتوانند عملکرد محصول را بهینه کرده و افزایش دهند، چنین اثراتی را می‌توان کاهش داد. ایگنیتا شرکتی است که از یادگیری ماشینی و سنجش از راه دور برای ارسال پیام‌های متنی به کشاورزان مزارع کوچک در رابطه با آب و هوای محلی و پیش بینی آن استفاده می‌کند. این شرکت بیش از یک میلیون مشترک در غنا و دیگر کشورهای آفریقای غربی دارد و فناوری آن برای کشاورزان منافع زیادی به همراه داشته است که این نیز به نوبه خود می‌تواند منافع مصرف کنندگان را به همراه داشته باشد. این خدمات تاکنون منجر به افزایش 65 درصدی متوسط عملکرد در تولید محصولات کشاورزی و در نتیجه افزایش 476 دلاری در متوسط درآمد کشاورزان شده است.
نوآوری در آب شیرین کن
اکنا شرکت دیگری است که به مصرف کنندگان کمک می‌کند تا آب آشامیدنی سالم را بدون استفاده از زمین یا انتشار گازهای گلخانه‌ای به دست آورند. شناورهای آب شیرین کن اکنا با تمرکز بر کشورهای در حال توسعه که دارای جزایر کوچک زیادی هستند، آب اقیانوس‌ها را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کنند. هر شناور می‌تواند روزانه 10 مترمکعب آب آشامیدنی تولید کند که در حدود 34000 کیلوگرم CO2 در سال صرفه جویی می‌کند.
با توجه به پتانسیل مهندسی و نوآوری در کشور می‌توان انتظار داشت که در کشور ما نیز نوآوری‌های مرتبط با مسائل کشور خودمان توسعه یابد. با حمایت و همکاری بین دولت، شرکت‌های متولی آب، دانشگاه‌ها و دانش‌بنیان‌ها، این نوع فناوری‌ها و نوآوری‌ها می‌توانند به طور موثر در ایران توسعه یابد. در حالی که پیاده‌سازی و تحویل مناسب آنی اتفاق نمی‌افتد، این اولین قدم از مراحل مهمی است که به پایداری و انعطاف‌پذیری بخش آب منجر می‌شود.
سایر نمونه‌ها:
در زیر چند نمونه از نوآوری‌ها که طیف متنوعی از راه‌حل‌ها را نشان می‌دهد مطرح شده است:
- سنسور و پلتفرم تحلیلی که بینش‌های عملی و در زمان واقعی را با قابلیت‌های پیش‌بینی برای سیستم‌های کشاورزی و غذایی ارائه می‌دهد.
- تشخیص خطر سیل از طریق ماهواره‌های جهانی، یادگیری ماشینی و اطلاعات جامعه. 90 درصد از خانوارهای بازارهای نوظهور را هدف قرار می‌دهد که در حال حاضر بیمه نیستند.
- دستگاه‌های خودپرداز آب برای جوامع تحت تأثیر آرسنیک و فلوراید از طریق فناوری فیلتراسیون ثبت شده، عملیات فعال IOT و کارت‌های پرداختی.
- راه‌حل‌های مناسب و کم هزینه فاضلاب و استفاده مجدد برای جوامعی که به شبکه‌های آب و فاضلاب متصل نیستند.
- تولید کلر در محل که هزینه‌ها و خطرات ناشی از حمل و نقل مواد شیمیایی به تصفیه خانه‌های آب و فاضلاب را حذف می‌کند.
- نقشه برداری و ارزیابی رباتیک درون لوله برای تشخیص نشت در سیستم‌های توزیع و جلوگیری از رواناب آلودگی در آبراهه‌های شهری.
- پلتفرم پیش بینی آب و هوای استوایی که پیش بینی‌های بسیار دقیق و فوق محلی را از طریق پیامک برای کشاورزان کوچک می‌فرستد.
- نمک‌زدایی با نیروی موج برای تولید آب آشامیدنی مستقل که جوامع جزیره‌ای کوچک را هدف قرار می‌دهد.
- نظارت بر آبیاری و پلتفرم تصمیم گیری مبتنی بر سنجش از دور ماهواره‌ای برای دولت‌ها.
- اندازه‌گیری هوشمند و سیستم جلوگیری از نشت خودکار برای ساختمان‌های آپارتمانی مرتفع در شهرها.
- تولید و ارایه اطلاعات عملیاتی برای شرکت‌های آب و فاضلاب برای کاهش تلفات، ارزیابی سلامت شبکه و بهبود درآمد.
- مدیریت آب و پلتفرم پیش بینی برای سازمان‌های دولتی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، حسگرهای درجا و تجزیه و تحلیل پیش بینی.
- فناوری انگشت نگاری DNA و پلتفرم تجزیه و تحلیل برای شناسایی منبع آلودگی در آب.
- پلتفرم مدیریت آب سیار برای شرکت‌های آب برای بهبود کیفیت خدمات مراقبت از مشتری و خدمات صورت حساب.