چارلز آر. گولدینگ و والنتینا آلزات به سراغ شرکت‌هایی می‌روند که با استفاده از پرینت سه بعدی برای مقابله با کمبود آب کمک می‌کنند.
مشکل چیست؟
ممکن است در ۴۹ سال آینده، ایالات متحده قادر به مدیریت تقاضای ملی آب نباشد. در حال حاضر نیز بسیاری از مناطق آمریکا با مشکلات کمبود آب و خشکسالی‌های شدید دست و پنجه نرم می‌کنند. دریاچه شستا و دریاچه اورویل دوتا از بزرگترین مخازن آبی ایالت کالیفرنیا هستند و مقدار آب آن‌ها به حدی کاهش یافته که اکنون به سطوح نگران‌کننده پایین رسیده‌اند. در مخازن شستا و اورویل، به ترتیب ۴۰% و ۵۰% آب از کل ظرفیت آن‌ها وجود دارد. در اوت سال ۲۰۲۱، دولت فدرال اعلام کرد که کمبود آب بی‌سابقه‌ای در رودخانه کلرادو دیده می‌شود.
در پی کمبود آب در رودخانه کلرادو، ایالت‌های نوادا، آریزونا و همینطور کشور مکزیک نیز به ناچار با کمبود آب مواجه شدند. خوب است بدانید بیشتر آب نوادای جنوبی را رودخانه کلرادو تامین می‌کند. تغییر شرایط آب و هوا، وجود زیرساخت‌های آبی نامناسب و رشد جمعیت عواملی هستند که بحران کمبود آب را شدت می‌بخشند، به گونه‌ای که ذخایر تامین آب کنونی دیگر پاسخگو نخواهد بود.
پیش‌بینی می‌شود در طول ۴۰ سال آینده، ۷۹ میلیون نفر به جمعیت ایالات متحده آمریکا اضافه شود. سیستم آبرسانی همین حالا هم در موقعیت بدی قرار دارد و این رشد جمعیت مشکلات بزرگ‌تری به آن اضافه خواهد کرد. به دنبال تغییرات اقلیمی، خشکسالی‌های بیشتری کشور آمریکا را تحت فشار قرار داده است و این روند ادامه دارد؛ از این رو دانشمندان هشدار داده‌اند تحت تاثیر این تغییرات ممکن است حجم حوزه‌های آبی به نصف برسد در صورتی که این حوزه‌های آبی می‌توانند نیازهای آبی را برآورده سازند. سیستم‌های آبرسانی آمریکا در حال از بین رفتن هستند و به خاطر نشتی لوله‌ها تا کنون میلیون‌ها دلار آب تصفیه‌شده هدر رفته است.
این مشکلات تنها به ایالات متحده اختصاص ندارد. کمبود آب، سالانه حدود ۳ میلیارد نفر را تهدید می‌کند. طبق گفته دانشمندان تا سال ۲۰۳۰، میلیون‌ها نفر در سراسر دنیا به دلیل کمبود آب مجبور خواهند شد محل زندگی خود را ترک کنند.
راه‌حل‌های نوآورانه؛ زایلم (Xylem)
زایلم یک شرکت صنعتی آمریکایی است که در زمینه فناوری آب فعالیت می‌کند و جزو ۱۰۰۰ شرکت برتر فهرست فورچون است. این شرکت تلاش می‌کند با نوآوری در فناوری، آینده آب را تغییر دهد. در بحث توسعه پایدار، شرکت زایلم عملکرد برجسته‌ای دارد و برای تصفیه و ضدعفونی کردن آب، به توسعه فنون جدیدی پرداخته است. حاصل این فنون، روش‌های جدید بازیافت آب آشامیدنی است که با کمک آن‌ها می‌توان با بحران کمبود آب مقابله کرد.
همچنین زایلم اکنون روی شناسایی نشتی لوله‌ها و مشکلات مربوط به آبرسانی کار می‌کند. این شرکت در حال توسعه نوعی کنتورهای هوشمند مجازی آب است که می‌توانند نشتی لوله‌ها را به خوبی شناسایی کنند و یک نتیجه آماری از مصرف آب مشتریان ارائه کنند. برای این کار، شرکت از یک نرم‌افزار خودکارسازی‌شده استفاده می‌کند که محل دقیق نشتی آب را تشخیص می‌دهد.
علاوه بر این‌ها، زایلم یکی از تولیدکنندگان سیستم‌های هوشمند پمپاژ فاضلاب است. این سیستم‌ها با ارائه بازخورد اپراتورها از ساز و کار پمپاژ، به مدیریت فاضلاب کمک می‌کنند؛ از جمله بازخورد مربوط به شرایط محیطی که تاثیر مستقیمی بر عملکرد سیستم دارد.
در این نوع سیستم‌های مدیریت فاضلاب، از پمپ‌های شرکت Flygt استفاده شده است که قادرند ۷۰% انرژی را حفظ کنند و به دنبال این موضوع، هزینه‌ها را کاهش دهند. مدیریت موثر و کارآمد فاضلاب، می‌تواند گام مهمی در توسعه برنامه جامع مقابله با بحران کمبود آب باشد. جوامعی که با مشکل خشکسالی و کمبود ذخایر آبی دست و پنجه نرم می‌کنند با مدیریت تصفیه فاضلاب‌ها می‌توانند منابع آبی تجدیدپذیر ایجاد کنند.
فاضلاب قابل تصفیه از طریق سیستم‌های بهینه پمپاژ جمع‌آوری می‌شود و پس از تصفیه شدن به رودخانه‌ها سرازیر می‌شود تا آب آشامیدنی برخی جوامع را تامین کند. علاوه بر این، از فاضلابی که تصفیه می‌شود می‌توان برای آبیاری مزارعی استفاده کرد که به دلیل کمبود آب جاری، دچار اختلال شده‌اند.
شرکت زایلم یکی از تولیدکنندگان بزرگ ماهیچه داخلی پروانه پمپ است. از این قطعه در پمپ‌های فاضلاب پایدار و کارآمد استفاده می‌شود. از این پمپ‌ها می‌توان برای تصفیه سریع و بهینه فاضلاب سیستم‌های فاضلابی بزرگ‌تر استفاده کرد تا به مدیریت فاضلاب کمک کند.
زایلم برای آنکه کار تولید قطعه داخلی پمپ را آسان‌تر کند، از پرینت سه بعدی استفاده می‌کند. با یک پرینتر سه بعدی آن‌ها توانستند یک مغزی پمپ کامل را تنها در عرض ۴۸ ساعت پرینت کنند که ۵ روز کمتر از تولید دستی این قطعه است. دلیلش هم این است که حالا با استفاده از یک پرینتر سه بعدی می‌توانند این قطعه را به صورت یک قطعه واحد و کامل بسازند و فرآیند ساخت به چندین فرآیند برای تولید بخش‌های مختلف قطعه تقسیم نمی‌شود. سریع‌تر شدن روند تولید مغزی پروانه، آن هم به لطف استفاده از پرینت سه بعدی، امکان گسترش سیستم‌های مدیریت بهینه فاضلاب را فراهم می‌کند.
راه‌حل‌های نوآورانه؛ جنرال الکتریک (GE)
جنرال الکتریک گروهی با نام GE Water & Process Technologies تشکیل داده است که به فناوری‌های آب اختصاص دارد. این بخش از جنرال الکتریک چندین واحد نمک‌زدایی آب افتتاح کرده است که برای افرادی که با مشکل کمبود آب مواجه هستند، منابع جدید آبی به وجود می‌‌‌آورد. نمک‌زدایی فرآیندی است که نمک و سموم را از آب حذف می‌کند و آن را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند.
این نوآوری ارزش بسیاری دارد و زمانی اهمیت آن را درمی‌یابیم که بدانیم ۹۷.۵ درصد از کل آب‌های کره زمین را آب شور تشکیل می‌دهد. واحد نمک‌زدایی آب Hemma، توسط جنرال الکتریک و شرکت Algerian Energy ساخته شده است؛ این واحد نمک‌زدایی روزانه ۵۳ میلیون گالن آب شور را با استفاده از فرآیند اسمز معکوس نمک‌زدایی می‌کند. با این مقدار آب می‌توان میلیون‌ها الجزایری را که پیش‌تر به دلیل خشکسالی با کمبود شدید آب مواجه بودند، از بحران کم‌آبی رها ساخت.
همچنین جنرال الکتریک در اقداماتی که برای نوآوری و حفظ منابع طبیعی آب انجام می‌دهد، فناوری پرینت سه بعدی را اختیار کرده است. پژوهشگران وزارت انرژی آمریکا در طی یک همکاری با جنرال الکتریک، بخش‌های نمک‌زدایی جدیدی را توسعه دادند که به فرآیند نمک‌زدایی کمک می‌کند. آن‌ها یک توربین بخار کوچک را توسعه دادند که با پرینت سه بعدی تولید می‌شود؛ با کمک این توربین مینیاتوری آب شور، یخ‌زده می‌شود تا بعد نمک‌زدایی شود. استفاده از پرینت سه بعدی میزان کارآمدی این کار را بالا برده است که به دنبال این امر، مسیر رسیدن به فرآیندهای نمک‌زدایی هموارتر می‌شود.
راه‌حل‌های خلاقانه پرینت سه بعدی برای مقابله با کمبود آب؛ BigRep و NOWLAB
برای حل بحران آب، یک راه‌حل شدنی دیگر هم وجود دارد و آن همین روش‌های نوین است که صرفه‌جویی آب را در عمل ممکن می‌سازند. NOWLAB، شرکت مشاوره نوآوری BIGREP است و BIGREP یک شرکت پرینت سه بعدی برجسته و پیشتاز در این حوزه است که در شهر برلین قرار دارد. BIGREP یک دیوار سبز (بیودیوار) به نام BANYAN Eco Wall طراحی کرده است که به طور کامل با پرینت سه بعدی ساخته شده است. در این بیودیوار یک سیستم آبیاری تعبیه شده است که گیاهان را دقیقا با همان مقدار آبی که نیاز دارند، تغذیه می‌کنند و شما را از این بابت مطمئن می‌سازد.
این فناوری می‌تواند تاثیر بسزایی بر بحران آب داشته باشد. با توجه به کاربردی بودن بیودیوار، اگر مرز استفاده آن تا آبیاری خانگی گسترش یابد، تلاش‌هایی که برای حفظ آب انجام می‌شوند به راحتی در مناطق بیشتری اجرا خواهند شد. به علاوه، آمیزه دیوار سبز و ویژگی پرینت سه بعدی بودن آن، باعث می‌شود این فناوری سریع‌تر و موثرتر گسترش پیدا کند.
اعتبار مالیاتی برای تحقیق و توسعه
شرکت‌هایی که محصولاتی را با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی توسعه می‌دهند و یا فعالیت‌های مشابهی دارند، این امکان وجود دارد که به پاس تحقیق و توسعه مشمول دریافت اعتبار مالیاتی فدرال و ایالتی شوند.
اعتبار مالیاتی دائمی تحقیق و توسعه برای شرکت‌هایی است که محصولات، فرآیندها و یا نرم‌افزارهایی توسعه بدهند که جدید یا بهبودیافته باشند.
پرینت سه بعدی می‌تواند احتمال اینکه یک شرکت اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه دریافت کند را افزایش دهد. دستمزد آن دسته از کارمندان فنی که نمونه‌های اولیه را با پرینت سه بعدی می‌سازند و سپس به آزمایش و اصلاح آن‌ها می‌پردازند، می‌تواند به عنوان درصدی از زمانی درنظر گرفته شود که برای اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه صرف شده است. به طور مشابه، اگر روشی برای ارتقای یک فرآیند استفاده شود، زمان صرف شده برای کامل کردن نرم‌افزار و سخت‌افزار پرینت سه بعدی به عنوان فعالیت واجد شرایط دریافت اعتیار مالیاتی در نظر گرفته می‌شود. و در آخر، اگر مدل‌سازی و پیش‌تولید باشد، هزینه فیلامنت‌هایی که در طول توسعه فرآیند مصرف شده‌اند هم قابل بازگردانی هستند.
پرینت سه بعدی شاخص بسیار خوبی است تا مشخص کند کدام یک از فعالیت‌های کنونی واجد شرایط دریافت اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه هستند، حال چه برای ساخت و آزمایش نمونه‌ها به کار برود و چه برای تولید نهایی. شرکت‌هایی که به هر نحوی از این فناوری استفاده می‌کنند، باید در نظر داشته باشند که می‌توانند به واسطه این فناوری از اعتبار مالیاتی تحقیق و توسعه بهره‌مند شوند.
نتیجه
زایلم و جنرال الکتریک نوآوران اصلی حوزه حفاظت و پایداری آب هستند. آن‌ها تلاش می‌کنند با تهدید بزرگ کمبود آب مقابله کنند؛ در این راستا آن‌ها سعی دارند با استفاده از فنون پیشرفته، آب موجود را پاکیزه کنند و سپس آب آشامیدنی را بازیافت کنند.
همچنین پروژه‌های خلاقانه پرینت سه بعدی مانند اکودیوار BANYAN می‌توانند گامی در مسیر پیشبرد اقدامات مربوط به صرفه‌جویی باشند. اینکه این نقش‌آفرینان بزرگ از پرینت سه بعدی استفاده کنند، فرصت‌هایی فراهم می‌کند تا پرینت سه بعدی در این حوزه کارآمدتر شود و تا جای ممکن، بیش از پیش مورد استفاده قرار بگیرد.
