ساخت دودکش جاذب مه دود در چین

ساخت دودکش جاذب مه دود در چین تلاشی جاه طلبانه برای مقابله با آلودگی هوای شدید در شهرهای بزرگ است. این پروژه با هدف پاکسازی هوا در شی آن و با بهره گیری از فناوری نوین طراحی شده تا راهکاری عملی برای یکی از حادترین چالش های زیست محیطی قرن حاضر ارائه دهد.

شهرهای پرجمعیت و صنعتی، اغلب با معضل لاینفک آلودگی هوا دست و پنجه نرم می کنند؛ مشکلی که سلامت انسان ها و کیفیت زندگی را به شدت تحت تأثیر قرار می دهد. در میان کشورهای جهان، چین به دلیل وسعت صنعتی و جمعیت عظیم خود، با یکی از حادترین بحران های آلودگی هوا مواجه است. تصاویر شهرهایی مانند پکن و شی آن، که شهروندان آن اغلب با ماسک در خیابان ها تردد می کنند، گویای عمق این فاجعه زیست محیطی است. مه دود غلیظ، آسمان شهرها را می پوشاند و دید را کاهش می دهد، نفسی که ساکنان می کشند، آکنده از ذرات معلق و آلاینده های خطرناک است. این وضعیت، دولت چین را بر آن داشته تا به دنبال راه حل هایی نوآورانه و در مقیاس بزرگ برای پاکسازی هوای شهرهای خود باشد. یکی از این تلاش های برجسته، پروژه «دودکش جاذب مه دود» در شهر شی آن است؛ برجی که امید می رود بتواند هوای آلوده را جذب کرده و پس از پالایش، هوای پاک را به محیط بازگرداند. این پروژه، در کنار امیدهایی که برای آینده ای با هوای پاک تر به ارمغان می آورد، با تردیدها و پرسش های علمی و اقتصادی متعددی نیز همراه است که بررسی جامع آن ها ضروری به نظر می رسد. آیا این سازه های عظیم مهندسی، رویای هوای پاک را محقق خواهند کرد یا صرفاً توهمی گران قیمت در مبارزه با هیولای آلودگی هستند؟

ریشه های مشکل: چرا چین به دودکش ضد مه دود نیاز داشت؟

سال هاست که شهرهای بزرگ چین با بحران آلودگی هوا دست و پنجه نرم می کنند؛ بحرانی که نه تنها سلامت میلیون ها نفر از ساکنان را به خطر انداخته، بلکه بر اکوسیستم، اقتصاد و حتی وجهه بین المللی این کشور نیز تأثیر گذاشته است. هوای آکنده از ذرات معلق (PM2.5)، دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن، به یک کابوس روزمره برای ساکنان پکن، شی آن و دیگر کلان شهرهای چین تبدیل شده است. نفس کشیدن در چنین محیطی، تجربه ناخوشایندی است که می تواند منجر به بیماری های تنفسی، قلبی و حتی سرطان شود. کودکان و سالمندان، آسیب پذیرترین گروه ها در برابر این آلاینده ها محسوب می شوند.

این آلودگی نه تنها کیفیت زندگی را کاهش داده، بلکه هر ساله میلیاردها دلار خسارت اقتصادی به دلیل بیماری ها، کاهش بهره وری و تأثیر بر کشاورزی و گردشگری به چین تحمیل می کند. فشارهای اجتماعی از سوی مردم که خواستار هوای پاک و زندگی سالم تر هستند، دولت را به سمت اتخاذ تدابیر جدی تر سوق داده است. پیش از این، چین تلاش های متعددی را برای مقابله با آلودگی هوا آغاز کرده بود؛ از جمله تعطیلی کارخانه ها، محدودیت های ترافیکی و ترویج انرژی های پاک. اما با وجود این اقدامات، مقیاس وسیع آلودگی و منابع متنوع آن، نیاز به راهکارهای مهندسی مقیاس بزرگ را بیش از پیش نمایان ساخت. در چنین بستری، ایده ساخت دودکش های جاذب مه دود به عنوان یک راهکار بالقوه، مطرح و جدی گرفته شد.

معرفی «برج تصفیه هوا شی آن»: چگونه کار می کند؟

در راستای یافتن راه حل های نوآورانه برای بحران آلودگی هوا، دولت چین سرمایه گذاری قابل توجهی بر روی پروژه ساخت «دودکش جاذب مه دود» در شهر شی آن انجام داد. این پروژه که در حدود 2 میلیون دلار هزینه اولیه در برداشت، توسط تیمی از دانشمندان و مهندسان طراحی و اجرا شد. برج شی آن، با ارتفاعی حدود 18.2 متر، در نگاه اول ممکن است کوچک به نظر برسد اما عملکرد آن بر اساس اصول فیزیکی و با بهره گیری از انرژی های پاک طراحی شده است.

مکانیسم عملکرد این برج بر پایه یک فرآیند هوشمندانه و ترکیبی از اثر گلخانه ای و فیلتراسیون صنعتی بنا شده است. در قسمت پایه این برج، ساختاری گلخانه ای شکل از پنجره های شیشه ای تعبیه شده است که نور خورشید را جذب می کنند. این جذب انرژی خورشیدی، باعث گرم شدن هوای داخل گلخانه می شود. بر اساس قانون همرفتی، هوای گرم که چگالی کمتری نسبت به هوای سرد اطراف دارد، شروع به حرکت رو به بالا می کند.

این جریان صعودی هوا، مانند یک پمپ طبیعی عمل کرده و هوای آلوده را از محیط اطراف به داخل پایه برج می کشد. هوای آلوده و گرم شده، به سمت بالای دودکش هدایت می شود. در طول مسیر صعودی خود، این هوا از میان چندین لایه فیلتر صنعتی عبور می کند. این فیلترها، وظیفه حذف ذرات معلق و سایر آلاینده ها را بر عهده دارند. در نهایت، هوای تصفیه شده و پاک، از دهانه بالای دودکش خارج شده و به جو شهر بازمی گردد. تأکید بر استفاده از انرژی خورشیدی در این طراحی، آن را به یک راه حل امیدوارکننده در زمینه فناوری های پاک تبدیل کرده است که به کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن نیز کمک می کند.

نتایج اولیه و ادعاهای پروژه: چه دستاوردهایی گزارش شد؟

نخستین آزمایش های میدانی بر روی دودکش جاذب مه دود شی آن در زمستان سال ۲۰۱۸ آغاز شد؛ فصلی که آلودگی هوا در شهرهای چین به اوج خود می رسد و نیاز به راه حل های فوری بیشتر احساس می شود. سائو جانجی، مدیر این پروژه، مسئولیت نظارت بر این آزمایش ها را بر عهده داشت. تیم او، با نصب ابزارهای اندازه گیری ذرات معلق با قطر کمتر از ۲.۵ میکرون (PM2.5) در بالای برج و همچنین در ۱۰ ایستگاه دیگر در سراسر منطقه ای به وسعت ۱۰ کیلومتر مربع، به جمع آوری داده ها پرداخت.

گزارش های اولیه که توسط تیم سائو جانجی منتشر شد، نتایج امیدوارکننده ای را نشان می داد. طبق این گزارش ها، دودکش شی آن توانست به صورت روزانه بین ۵ تا ۸ میلیون متر مکعب هوای آلوده را تصفیه کرده و پاک کند. ادعا شده بود که این سیستم، پتانسیل پاکسازی تا ۱۰ میلیون متر مکعب هوا در روز را نیز دارد. مهم تر از آن، داده های جمع آوری شده از ایستگاه های نزدیک به برج، نشان دهنده کاهش قابل توجهی در میزان ذرات معلق PM2.5 بود. بر اساس این نتایج، سطح آلاینده ها در محدوده اطراف برج، ۱۹ درصد کمتر از سایر بخش های شهر ثبت شده بود.

این دستاوردها، در نگاه اول، نویدبخش راهی برای مقابله با آلودگی هوا به نظر می رسید و امیدها را برای توسعه این فناوری در مقیاس وسیع تر افزایش می داد. با این حال، یکی از نکات قابل توجه پیرامون این پروژه، عدم انتشار رسمی و عمومی تمامی داده ها و جزئیات آزمایش ها بود. این موضوع، به نوبه خود، به ابهامات و تردیدهایی در میان جامعه علمی و عموم مردم دامن زد و بسیاری را به انتظار انتشار تحلیل های مستقل تر وا داشت.

بر اساس گزارش های اولیه از پروژه دودکش جاذب مه دود شی آن، این برج توانست به صورت روزانه بین ۵ تا ۸ میلیون متر مکعب هوا را تصفیه کند و میزان ذرات معلق PM2.5 را در محدوده اطراف خود تا ۱۹ درصد کاهش دهد. این نتایج، در زمستان ۲۰۱۸، نویدبخش راهی برای مبارزه با آلودگی هوا بود.

نگاه انتقادی: چالش ها، محدودیت ها و تردیدها

با وجود نتایج اولیه امیدوارکننده، پروژه دودکش جاذب مه دود شی آن با چالش ها، محدودیت ها و تردیدهای علمی و اقتصادی بسیاری مواجه است که بررسی آن ها برای ارزیابی واقع بینانه از پتانسیل این فناوری ضروری است.

محدودیت مقیاس و حجم هوا

بزرگترین انتقاد وارده به این پروژه، محدودیت مقیاس آن در برابر حجم عظیم هوای یک شهر بزرگ است. طراحان ادعا می کنند برج می تواند روزانه تا ۱۰ میلیون متر مکعب هوا را تصفیه کند. اما اگر این میزان را با حجم کل هوای آلوده در لایه مرزی سیاره ای یک شهر مقایسه کنیم، ابعاد مسئله روشن می شود. برای مثال، در یک شهر با ابعاد ۱۰ کیلومتر در ۱۰ کیلومتر و با یک لایه مرزی با عمق ۱ کیلومتر، این تصفیه کننده تنها حدود ۰.۰۱ درصد از هوای کل شهر را تصفیه می کند. این بدان معناست که بخش عمده ای از هوای آلوده شهر، همچنان تصفیه نشده باقی می ماند. این مقیاس کوچک، تأثیر کلی آن را بر بهبود کیفیت هوای یک شهر بزرگ بسیار محدود می سازد.

وابستگی به عوامل محیطی

اثربخشی دودکش جاذب مه دود به شدت به عوامل محیطی و الگوهای جوی وابسته است. جریان باد، دما و میزان تابش نور خورشید، همگی بر عملکرد سیستم اثرگذارند. به عنوان مثال، در روزهای بدون باد، جابجایی هوای آلوده به سمت دودکش کاهش می یابد و از کارایی آن می کاهد. این وابستگی به شرایط آب و هوایی، باعث می شود که عملکرد برج در طول سال یکسان نباشد و در برخی شرایط، تأثیر آن ناچیز باشد.

چالش های اقتصادی

مسائل مالی نیز یکی از موانع اصلی بر سر راه توسعه و گسترش این پروژه است. سائو جانجی اذعان کرده است که برای تأثیرگذاری قابل توجه بر مه دود در مراکز شهری، نیاز به آرایشی از حدود ۶ برج مشابه در هر شهر است. هزینه ساخت و نصب این سازه های عظیم بسیار بالا است و توجیه اقتصادی آن در بلندمدت مورد سوال است. علاوه بر هزینه اولیه ساخت، هزینه های جاری نگهداری و عملیاتی برج نیز قابل توجه است؛ گزارش شده که هزینه های آزمایشی سالانه به ۳۰ هزار دلار می رسد. این هزینه ها، پیاده سازی این راهکار را برای بسیاری از شهرها، به یک چالش مالی بزرگ تبدیل می کند.

انتقادات علمی

جامعه علمی نیز پرسش ها و انتقاداتی را مطرح کرده است. نیل دوناهو، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه کارنگی ملون، به این نکته اشاره می کند که پروژه شی آن عمدتاً بر روی حذف ذرات معلق PM2.5 تمرکز دارد و در مورد ظرفیت آن برای پالایش «پیش سازهای ذرات معلق»، مانند گاز دی اکسید گوگرد (SO2)، ابهامات زیادی وجود دارد. این گازها، خود در واکنش های شیمیایی اتمسفریک به ذرات معلق تبدیل می شوند و عدم addressing آن ها، اثربخشی کلی را کاهش می دهد. علاوه بر این، دوناهو پرسشی اساسی مطرح می کند: «آیا تأثیر زیست محیطی تولید و نصب این سازه های عظیم، مزیت های این طرح را بیشتر توجیه خواهد کرد؟» تولید مصالح، حمل و نقل و فرآیند ساخت، خود ردپای کربنی و زیست محیطی قابل توجهی دارند که باید در ارزیابی نهایی لحاظ شوند.

مفهوم «شهرها جعبه مهر و موم شده نیستند»

یکی از مفاهیم کلیدی در مطالعات آلودگی هوا این است که «شهرها جعبه های مهر و موم شده نیستند». هوای یک شهر دائماً در حال تبادل با مناطق اطراف خود است. آلاینده ها از منابع دوردست وارد شهر می شوند و هوای تصفیه شده نیز می تواند به سرعت با هوای آلوده جایگزین شود. بنابراین، راه حل های موضعی مانند یک یا حتی چند برج تصفیه هوا، تأثیر محدودی بر کل اکوسیستم هوای شهر دارند. همانطور که برخی منتقدان می گویند، این پروژه ها ممکن است در مقیاس محلی تفاوت ایجاد کنند، اما آیا واقعاً «تفاوت فاحشی» در سطح شهری و در درازمدت ایجاد خواهند کرد؟ این پرسشی است که پاسخ به آن، نیازمند داده های جامع تر و تحلیل های طولانی مدت است.

مقایسه با سایر راهکارهای جهانی مقابله با آلودگی هوا

مبارزه با آلودگی هوا در سراسر جهان منجر به ابداع و اجرای راهکارهای متعددی شده است که می توان آن ها را به دو دسته کلی فعال و غیرفعال تقسیم کرد. دودکش جاذب مه دود چین، با رویکرد فعال خود، تفاوت های چشمگیری با بسیاری از طرح های دیگر دارد.

روش های غیرفعال: از رنگ های جاذب تا فضای سبز

رنگ های جاذب NOx: در برخی شهرها مانند لندن، از رنگ ها و پوشش های مخصوصی استفاده می شود که حاوی مواد شیمیایی مانند دی اکسید تیتانیوم هستند. این مواد در حضور نور خورشید، با اکسیدهای نیتروژن (NOx) واکنش داده و آن ها را به ترکیبات بی ضرر تبدیل می کنند. مکانیسم عمل این رنگ ها شیمیایی است و می تواند به کاهش آلاینده ها در سطح کمک کند. اما محدودیت عمده آن ها در تأثیر سطحی است؛ واکنش ها تنها در لایه های سطحی انجام می شوند و تأثیر چشمگیری بر حجم وسیعی از هوای آلوده شهر ندارند. یک گزارش در سال 2016 از دولت انگلستان نشان داد که اگرچه شیمی پایه این رنگ ها منطقی است، اما تنها یک لایه سطحی در بخشی از شهر تصفیه می شود و حتی اگر کل لندن با این رنگ ها پوشیده شود، تأثیر آن در مقیاس کلی شهر ناچیز خواهد بود.

کاشت درختان و فضای سبز: یکی از سنتی ترین و پایدارترین روش ها برای بهبود کیفیت هوا، کاشت درختان و گسترش فضای سبز است. درختان دی اکسید کربن را جذب و اکسیژن آزاد می کنند و می توانند بخشی از ذرات معلق را به دام بیندازند. فواید این روش از جمله بهبود اکوسیستم، کاهش دمای شهر و ارتقاء سلامت روان بر هیچ کس پوشیده نیست. با این حال، در مقایسه با حجم عظیم آلاینده هایی که در شهرهای بزرگ تولید می شوند، تأثیر مستقیم درختان بر کاهش غلظت ذرات معلق در مقیاس شهری، محدود است. درختان نمی توانند به تنهایی با مشکل مه دود غلیظ مقابله کنند.

سایر فناوری ها و نوآوری ها

علاوه بر موارد فوق، پروژه های دیگری نیز در نقاط مختلف جهان به مرحله اجرا درآمده اند. به عنوان مثال، در هند تلاش هایی برای تصفیه آب و از بین بردن ذرات و باکتری های مضر از آن صورت گرفته است که نشان دهنده گستره راه حل های زیست محیطی است. همچنین در شهرهای دیگر جهان، ایده هایی برای ساخت برج های کوچکتر تصفیه هوا یا استفاده از فناوری های نوین فیلتراسیون در مقیاس محلی در حال بررسی است.

تمایز دودکش چینی: رویکرد فعال

تفاوت اصلی دودکش جاذب مه دود چین با بسیاری از راهکارهای دیگر، در رویکرد فعال آن نهفته است. در حالی که روش هایی مانند رنگ های جاذب NOx یا کاشت درختان عمدتاً غیرفعال عمل می کنند (یعنی به صورت طبیعی یا با واکنش های سطحی آلاینده ها را کاهش می دهند)، دودکش شی آن با استفاده از یک سیستم فعال، هوا را به صورت مکانیکی و با کمک جریان همرفتی و فیلترهای صنعتی، جذب و تصفیه می کند. این رویکرد فعال، پتانسیل تصفیه حجم بیشتری از هوا را در یک نقطه متمرکز دارد. با این حال، این تمایز فعال بودن، به معنای کارآمدتر بودن مطلق نیست، بلکه چالش های خاص خود را در زمینه مقیاس پذیری، هزینه و پایداری به همراه دارد. انتخاب میان رویکردهای فعال و غیرفعال، بستگی به شرایط محلی، نوع آلاینده ها و منابع موجود دارد و اغلب یک ترکیب از این روش ها بهترین نتیجه را به همراه خواهد داشت.

بر خلاف روش های غیرفعال مانند رنگ های جاذب NOx یا کاشت درختان که تأثیر محدودی در مقیاس شهری دارند، دودکش جاذب مه دود چین با رویکردی فعال و استفاده از جریان همرفتی و فیلترهای صنعتی، به دنبال تصفیه مستقیم حجم قابل توجهی از هوای آلوده است.

وضعیت فعلی پروژه و چشم انداز آینده

پس از آزمایش های اولیه در زمستان ۲۰۱۸ و انتشار گزارش های امیدوارکننده، سوالات زیادی درباره سرنوشت دودکش جاذب مه دود شی آن و برنامه های توسعه آن مطرح شد. در حالی که نتایج اولیه نشان از کاهش ۱۹ درصدی ذرات معلق در محدوده اطراف برج داشت، اما فقدان انتشار داده های کامل و مستقل، به ابهامات دامن زد. اطلاعات عمومی موجود حاکی از آن است که این پروژه همچنان در مرحله آزمایشی و ارزیابی باقی مانده است و تاکنون خبر رسمی و گسترده ای مبنی بر ساخت برج های جدید در سایر شهرهای چین یا توسعه مقیاس وسیع این فناوری منتشر نشده است.

درس های آموخته شده از این پروژه، برای چین و سایر کشورهای درگیر با آلودگی هوا بسیار ارزشمند است. این پروژه نشان داد که می توان با استفاده از فناوری های نوین و بهره گیری از اصول طبیعی مانند انرژی خورشیدی و همرفت، به راه حل های خلاقانه دست یافت. با این حال، محدودیت های مقیاس، هزینه های بالای ساخت و نگهداری، و چالش های علمی مربوط به اثربخشی کلی در برابر حجم عظیم آلودگی، از جمله نکاتی هستند که مهندسان و سیاست گذاران باید به آن ها توجه کنند. ایده شهرها جعبه مهر و موم شده نیستند به ما یادآوری می کند که راه حل های نقطه ای، هرچند پیشرفته باشند، نمی توانند به تنهایی مشکل آلودگی هوا را در مقیاس وسیع حل کنند.

آینده چنین فناوری های عظیمی در مبارزه با آلودگی هوا، احتمالاً به سمت تکامل و ترکیب با سایر روش ها پیش خواهد رفت. به نظر می رسد دودکش های جاذب مه دود، به تنهایی راه حل نهایی نباشند، بلکه تنها بخشی از یک پازل بزرگ تر برای ایجاد هوای پاک تر محسوب شوند. مبارزه با آلودگی هوا، نیازمند رویکردی چندوجهی است که شامل کاهش انتشار آلاینده ها از منبع، ترویج انرژی های پاک، تغییرات پایدار در سیاست گذاری های شهری و صنعتی، و فرهنگ سازی در سبک زندگی شهروندان می شود. شاید در آینده، نسخه های بهینه تر و مقرون به صرفه تری از این برج ها، در کنار مجموعه ای از تدابیر دیگر، بتوانند به عنوان یک ابزار کمکی در کنار سایر راهکارها، نقش موثری ایفا کنند.

نتیجه گیری نهایی

پروژه ساخت دودکش جاذب مه دود در چین، نمایانگر تلاش های شجاعانه و نوآورانه بشری برای مقابله با یکی از حادترین چالش های زیست محیطی دوران ما، یعنی آلودگی هوا، است. این برج با بهره گیری از اصول فیزیکی و انرژی خورشیدی، توانست در آزمایش های اولیه نتایج امیدوارکننده ای در کاهش ذرات معلق PM2.5 در محدوده اطراف خود نشان دهد و امیدها را برای آینده ای با هوای پاک تر زنده نگه دارد. این یک گام مهم در مسیر مهندسی محیط زیست محسوب می شود که نشان می دهد چگونه می توان با خلاقیت، به سراغ مسائل پیچیده رفت.

با این حال، بررسی عمیق تر این پروژه نشان می دهد که چالش های علمی، مالی و مقیاسی بزرگی در پیش روی توسعه گسترده آن قرار دارد. محدودیت در حجم هوای تصفیه شده در مقایسه با وسعت کل هوای یک شهر، وابستگی به عوامل جوی، و هزینه های بالای ساخت و نگهداری، از جمله عواملی هستند که اثربخشی کلی این فناوری را زیر سوال می برند. همچنین، جامعه علمی بر اهمیت پرداختن به پیش سازهای آلاینده ها و ارزیابی تأثیر زیست محیطی خود سازه ها تأکید دارد.

در نهایت، می توان گفت که مبارزه با آلودگی هوا نیازمند رویکردی جامع و چندوجهی است. تکیه صرف بر یک فناوری واحد، حتی اگر نوآورانه باشد، نمی تواند به تنهایی مشکل را حل کند. راهکارهای پایدارتر شامل کاهش انتشار آلاینده ها از منبع، توسعه و استفاده گسترده از انرژی های تجدیدپذیر، بهبود سیستم حمل و نقل عمومی، و سیاست گذاری های شهری سبزتر هستند. پروژه هایی مانند دودکش جاذب مه دود، ارزش تلاش برای نوآوری را نشان می دهند، اما باید با نگاهی واقع بینانه به کارایی، هزینه ها و اثرات جانبی آن ها نگریست. تنها با ترکیبی از این رویکردها می توان به رویای شهرهایی با هوای پاک دست یافت و نفس راحتی کشید.