نانوذرات و محیط زیست

همین طور که نانوتکنولوژی در صنایع مختلف، در حال حرکت به سمت تولید در مقیاس بزرگتر است، این کار باید پیش از رهایش قابل توجه نانوذرات در محیط زیست، انجام شود. روش های ممکنه برای برخورد این محصولات در طی کل سیکل بقای آنها در طبیعت، عبارتند از:
• تخلیه و نشت در حین تولید / انتقال و ذخیره سازی محصولات نهایی و میانی
• تخلیه و نشت از ضایعات
• رهایش ذرات در طی استفاده از محصول
• نفوذ، انتقال و جابجایی در هوا، خاک و آب
برخی از کاربردهای مانند محصولات آرایشی و بهداشتی و یا مواد غذایی نیز منبع نفوذی از نانوذرات می باشند. ذرات آهن نانومقیاس نیز به عنوان یک نسل جدید از تکنولوژی های تصفیه ی محیط زیستی، تلقی می شوند. به دلیل فعالیت سطحی بالا و مساحت سطح بالا، آنها می توانند برای تبدیل و خنثی سازی آلودگی هایی مانند PCBs استفاده شوند. آزمون های میدانی در ایالات متحده نشاندهنده ی این است که نانوذرات در خاک وآب به مدت چند هفته فعال باقی می مانند و آنها می توانند به آب های زیر زمینی که تا فاصله ی 20 متر سطح زمین قرار دارند، وارد شوند. علاوه بر این، کاربردهای خاصی مانند تصفیه ی محیط زیست با کمک نانوذرات می تواند منجر به ورود عمدی نانوذرات به داخل محیط زیست شود. این مورد یکی از زمینه هایی است که منجر به رهایش مقادیر قابل توجه از نانوذرات به داخل محیط و در طی سال های آینده، می شود.
معیار اصلی مورد استفاده در ارزیابی ریسک های مربوط به مواد شیمیایی، سمیت آنها برای محیط زیست، مقاومت و تجمع زیستی آنها می تواند به صورت مستقیم موجب تخریب بافت ها، شود. در واقع این مواد با سرعت بسیار آهسته ای در محیط زیست تجزیه می شوند و می توانند در بافت های چرب، متمرکز شوند. برای نانوذرات مهندسی، ویژگی های خاص مربوط به نانوذرات برای مدیریت ریسک مؤثر، در نظر گرفته شوند.
اطلاعات موجود در مورد خواص مربوط به مواد توده ای، به اندازه ی کافی زیاد نمی باشند که بتوان ریسک های محیطی مربوط به مواد مشابه را در شکل نانوذره ای، طبقه بندی کرد. اثر محیطی ممکنه نیز به صورت خاص برای هر یک از این نانومواد باید ارزیابی شود.
تنها تعداد اندکی از مطالعه ها در این زمینه، وجود دارد. از نقطه نظر علمی، نتایج باید به عنوان شاخص در نظر گرفته شود نه اساسی برای تصمیم گیری.
در اولین مطالعه ی اثر سمیت نانوذرات در یک محلول آبی از مواد آلی، ماهی در برخورد با فلرن 60 قرار گرفته است. فلرن ها یکی از انواع نانوذرات تولید شده به روش مصنوعی می باشند که هر سال به صورت چند تن، تولید می شود. اکسیداسیون سریع در زمان برخورد با 0.5 پی پی ام از فلرن 60 در زمانی مشاهده شده است که این مواد با مغز، در تماس قرار گیرند. این مطالعه، نشان می دهد که نانوذرات تولید شده، دارای اثر معکوسی بر روی سایر اندام های بدن دارد.
ذرات آهن نانومقیاس نیز به عنوان یک نسل جدید از تکنولوژی های تصفیه ی محیط زیستی، تلقی می شوند. به دلیل فعالیت سطحی بالا و مساحت سطح بالا، آنها می توانند برای تبدیل و خنثی سازی آلودگی هایی مانند PCBs استفاده شوند. آزمون های میدانی در ایالات متحده نشاندهنده ی این است که نانوذرات در خاک وآب به مدت چند هفته فعال باقی می مانند و آنها می توانند به آب های زیر زمینی که تا فاصله ی 20 متر سطح زمین قرار دارند، وارد شوند. ریسک های مربوط به نانوذرات آزاد بر روی اکوسیستم تا زمانی که مقالات کاملی در این زمینه منتشر نشود، قابل انجام نمی باشد.
یک موضوع محیط زیستی خاص در مورد نانوذرات، گرایش آنها به اتصال به سایر مواد مانند مواد سمی موجود در طبیعت مانند کادمیم، می باشد. مساحت سطح بالای آنها می تواند منجر به اتصال دهی آنها به آلودگی های مولکولی شود. کلوئیدها (محلول های حاوی میکرو و نانوذرات) به دلیل شفافیت و قابلیت حفظ آلودگی ها در خود، معروف می باشند. آلودگی های جذب شده می توانند بواسطه ی این مواد به فواصل دور انتقال یابند.
به عبارت دیگر، نانوذراتی موبیلیته ی پایین تری نسبت به چیزی که ما تصور می کنیم، دارند. این به نظر می رسد که حرکت آنها بسیار خاص است و عموماً کمتر از موبلیته ی ذرات درشت تر است. در اینجا، باید گفت که مساحت سطح بالای آنها و برهمکنش شیمیایی موجب این کاهش در موبیلیته می گردد. طبیعت چسبنده ی آنها به طور قابل توجهی سرعت انتقال آنها از میان مواد متخلخل مانند خاک را کاهش می دهد.
به طور خلاصه باید گفت که اطلاعات مربوط به نانوذرات و محیط تنها در مراحل اولیه می باشد. میان نیازهای تحقیقاتی این رشته، موضوعاتی مانند اثر نانوذرات بر روی گونه های غیر انسانی نیز باید مورد بررسی قرار گیرد. همچنین موضوعاتی از جمله نحوه ی اثر این مواد بر روی هوا، آب و خاک و یا قابلیت آنها در تجمع در زنجیره ی غذایی، باید مورد بررسی قرار گیرد. با در نظر گرفتن تعداد زیاد پارامترهایی که بر روی خواص نانوذره مؤثرند (مانند اندازه، شکل، مساحت سطح و ترکیب شیمیایی)، این نیاز است تا تلاش های تحقیقاتی قابل توجهی برای پر شدن شکاف علمی، مورد استفاده قرار گیرد. برای بدست آوردن نتایج سریع تر و مؤثرتر، هماهنگی میان تحقیق ها نیازمند تمرکز بر روی مهم ترین مواد و پارامتررها و تمرکز بر روی نانوذره هایی است که بیشتر تولید می شوند.  

مخاطرات انفجار نانوذرات

برای بسیاری از صنایع، انفجار ابر بخارات یک خطر بالقوه در فرایند تولید است. یک انفجار ابری در زمانی رخ می دهد که یک ماده ی قابل سوختن در هوا پراکنده شود و ابری از شعله را بواسطه ی برخورد جرقه یا شعله ای کوچک، ایجاد کند. غلظت هایی که برای ایجاد انفجار مورد نیاز است، به ندرت در خارج از محفظه های فرایندی مشاهده می شود. از این رو، بیشتر انفجارهای بخارات در داخل ادوات شروع می شود.
مواد مختلفی که در واقع اکسیدهای ناپایدار نیستند، می توانند در انفجار شرکت کنند مثلا مواد الی طبیعی (دانه ها، شکر و ...)، مواد آلی مصنوعی (رنگ های آلی، آفت کش ها و ...)، زغال سنگ و فلزات فعال تر (مانند آلومینیم، روی، آهن و ...). یک وابستگی به اندازه و مساحت سطح ذرات گرد و غبار به صورت خطی با انفجار پودر تغییر نمی کند. غبارات با اندازه ی بالاتر از 0.4 میلی متر به صورت نرمال، آتش نمی گیرند.
در کاربردهای خاص، واکنش قوی تر ذرات ریزتر، می تواند برای افزایش قدرت انفجاری در یک حجم معین، استفاده شود. امروزه، ذرات آلومینیوم میکرونیزه هم اکنون در تولید سوخت راکت و بمب ها، استفاده می شود. نانوآلومینیوم به عنوان تکنولوژی پیشرفته در این کاربردهای نظامی، استفاده می شود. نانوپودر آلومینیوم می تواند کاربردهایی در زمینه ی ژنراتور گاز ساز مربوط به ایربگ، پیدا کند. سمیت این مواد مورد بررسی قرار گرفته است و با مواد کنونی که در ساخت این بخش ها استفاده می شود، مقایسه شده است.
قابلیت انفجار مربوط به نانوپودرها تاکنون توجه زیادی را به خود اختصاص نداده است و بیشتر توجه به سمت ریسک ایمنی در نانوتکنولوژی معطوف شده است.
یک مقاله ی مروری در این زمینه موجود می باشد که بوسیله ی آزمایشگاه سلامت و ایمنی انگلیس انجام شده است. در این بررسی، هیچ اطلاعاتی در مورد نانوپودرها با اندازه ی یک تا 100 نانومتر، مشاهده نمی شود. این گفته شده است که برون یابی مربوط به داده های موجود نیز امکان پذیر نیست زیرا ویژگی های فیزیکی و شیمیایی با رفتن به مقیاس نانو، تغییر می کند.
این گزارش، پیشنهاد می دهد که ویژگی های انفجاری مربوط به یک گستره از نانوپودرها، تعیین شود زیرا این مواد می توانند نسل جدیدی از مواد انفجاری را پدید آورند. این پیش بینی می شود که تولید نانوپودرها به احتمال زیاد افزایش قابل توجهی را در طی سال های اخیر، دارد.
گزارش Royal Society پیشنهاد می دهد که ریسک های انفجاری باید با اطمینان یافتن از این مسئله مدیریت شود که مقادیر نانوذرات قابل انفجار وارد هوا نشود. به دلیل آنکه نانوذرات در مقادیر کم و معمولا در حد چند گرم تولید می شوند، ریسک انفجار ناچیز است.
علاوه بر تخریب خواص، موضوعات مربوط به ایمنی و مسائل تجاری، یک مسئله ی اصلی در مورد انفجار نانوپودرها، رهایش مقادیر قابل توجهی آلودگی در محیط است.
خود تکثیری در ماشین های کوچک
در سال 1986، Eric Drexler یک کتاب با نام موتورهای آفرینش منتشر کرد که در آن، از شروع عصر نانوتکنولوژی صحبت شده است. در این کتاب در مورد تصور تولید ماشین های مولکولی، صحبت شده است. این ماشین ها قادر به تولید هر آیتمی از بلوک های ساختاری مولکولی هستند. برای اینکه این برنامه به درستی کار کند، این ماشین ها باید قادر به تولید خود نیز باشند. این فرایند خود تکثیری نامیده می شود. استدلال قانع کننده ی او در مورد امکان پذیری تولید این ماشین ها، مشاهداتی است که در زیست دیده می شود. در واقع در زیست نیز مثال هایی از عملکردهای بیولوژیکی، یافت می شود.
این ایده که مهندسی یک شکل مصنوعی از حیات با ماشین های خود تکثیر شونده، در حقیقت می تواند ترسی را در دل طراح ایجاد کند، در واقع این موضوع است که نانو ربات ها می توانند در زیست کره، خود را تکثیر کنند. این سناریو، gray goo نامیده شد.
این دیدگاه بسیاری از محققین را به چالش کشیده است. بیشتر محققین سناریوی gray goo را تنها یک افسانه ی علمی می نامند. همچنین سوالات اساسی در مورد این مسئله وجود دارد که هنوز پاسخ دهی نشده است. یکی از این موارد، مدیریت انرژی می باشد که در حقیقت، نیروهای سطحی در مقیاس نانومتری و حرکت های بروونی می باشد. فارغ از تمام موارد گفته شده، سیستم های زیستی موجود در محیط، در حدود میلیاردها سال است که متحمل تغییر شده اند و استفاده های زیادی از ویژگی های فیزیکی خاص انجام داده اند. ما در مراحل اولیه از آگاهی از این مسائل، هستیم. دانش ما در مورد این مباحث، محدود به سلول می باشد.
بنابراین، این به نظر ایمن است که ساختارهای نانوربات خود تکثیر شونده را تولید کرد. از جنبه ی ایمنی، ریسک مربوط به خود تکثیر شوندگی ماشین ها، در آینده باید بررسی شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme