Суды үнемдеу арқылы экологиялық тұрақты инфоқұрылымды дамыту жайы

Су мәселесі жа­һан­дық деңгейде, әсіресе трансшека­ра­лық өзен аудандарында өте өзек­ті тақырыпқа ай­налды. Мысалы, Эфиопия, Судан және Мысыр Нілдегі Ре­нес­санс бөгетіне қатысты ондаған жылдар бойы таласады. Оң­түстік және Шығыс Азияда Тибеттен бастау алатын Брах­ма­путра мен Ме­конг өзендерінің қайнар көздері төңі­ре­гінде дау туындауда. Мұндай қақтығыстар су тап­шылығынан емес, оны бірлесіп және әділ басқару тетіктерінің жоқтығынан туындайды.

Орталық Азия «саяси су» тұр­ғысынан ең осал ай­мақ­тардың бірі. Мұнда екі негізгі өзен – Сырдария мен Әму­да­рия бес елдің: Қазақстан, Өз­бекстан, Қырғызстан, Тәжік­стан және Түркіменстанның мил­лиондаған халқына қызмет ете­ді. Бұл өзендердің ре­сурс­тары Тянь-Шань және Памир тауларында (Қырғызстан, Тә­жік­стан) қалыптасады, бірақ су­дың негізгі тұтынушылары Өзбекстан, Қазақстан және Түркіменстанның ауыл ша­руа­шы­лығы. Осылайша кейбір ел­дер көздерді бақылайды, ал басқалары ағынға тәуелді.

1991 жылы Кеңес Одағының ыдырауымен орталықтан­ды­рыл­ған су шаруашылығы жүйе­сі жойылды. Жоғарғы елдер (Қырғызстан мен Тәжікстан) өздерін энергиямен қамта­ма­сыз ету үшін, әсіресе қыста, су электр станцияларын сала бас­тады. Бірақ бұл веге­та­ция­лық кезеңде, егістіктерді суару ерекше маңызды болған кезде төменгі елдердің сумен қам­та­масыз етілуін бұзады. Өз ке­зегінде жазда суды қажет ете­тін төменгі елдер қыс ай­ларында жоғарғы елдерді отынмен қамтамасыз етіп, қар­жыландыруға дайын бола бермейді. Соның салдарынан жыл сайын, әсіресе құр­ғақ­шылық жылдары қайшы­лық­тар туын­дайды.

Қазақстан салыстырмалы түрде осал жағдайда. Оның суы Сырдария, Іле, Ертіс және Жайық сияқты жеті транс­ше­каралық өзеннен келеді. Со­ны­мен қатар ағынды судың едәуір бөлігі елден тыс жер­лерде: Қы­тайда, Қыр­ғыз­стан­да және Өз­бекстанда түзіледі. Бұл Қа­зақ­станды көршілерінің ше­шімдеріне, әсіресе климат­тың өзгеруі мен аймақтағы су тұтынудың артуы жағдайында тәуелді етеді.

Іле мен Ертіс өзендері бас­сейндеріндегі су ресурстарын белсенді түрде игеріп жатқан Қытайдың жағдайы ерекше алаң­датады. Онда салынған су­қоймалар мен каналдар Қа­зақ­станның оңтүстік-шы­ғы­сын­дағы ең ірі көл – Балқашқа құйылатын ағынды азайтуы мүмкін. Қолайсыз сценарийде аймақ Арал теңізінің кебуіне ұқсас жаңа экологиялық апат­қа тап болуы мүмкін.

Экологиялық тұрақты инфоқұрылымды дамыту жайы

Су ресурстарына қатысты эко­логиялық апаттың ең қай­ғы­лы мысалдарының бірі – Арал теңізінің құрғауы. Бұл бі­регей экожүйені жоғалтудың символы ғана емес, сонымен қатар су ресурстарын ұтымсыз пайдаланудың салдары бола­ты­нын айқын көрсетеді. ХХ ғасырдың ортасында Арал теңізі планетадағы төртінші ірі ішкі теңіз болды, ал оның жа­ға­лауы белсенді балық аулау, тұ­рақты климат және эко­но­ми­калық өркендеу аймағы болды. Алайда Әмудария мен Сыр­дария өзендерін суармалы егіншілік қажеттіліктеріне кең кө­лемде қайта бағыттау нә­тижесінде теңіз тез шегіне бас­тады. Бүгінде оның табанының көп бөлігі биологиялық әртүр­лілік деңгейі өте төмен, шаңды дауылдар, жергілікті халықтың денсаулығына ауыр әсер ететін тұзды шөл – Аралқұмға ай­нал­ды. Сарапшылардың пікірінше, 2040 жылға қарай республика, әсіресе ресурстарға қысым қауіпсіз шектен асып кеткен оң­түстік және орталық аймақ­тар өткір су тапшылығына тап болуы мүмкін. Осы сын-қатер­лер­дің аясында сумен жаб­дық­тау саласында инновациялық және экологиялық тұрақты ше­шім­дерді енгізу қажеттілігі ай­қын. Дәл осы жерде тұзсыз­дан­дыру және суды тазарту үшін графенді мембраналар сияқты технологиялар ма­ңыз­ды рөл атқара алады. Олар тұ­щы және ластанған жерасты су­лары сияқты балама су көз­дерін тиімді пайдаланып қана қоймай, сонымен қатар төмен энергиялық және эконо­ми­ка­лық шығындармен жоғары са­па­лы фильтрацияны қам­та­ма­сыз етуге қабілетті. Оның үс­тіне егер бұл технологиялар ауыл­шаруашылық қалдықтары сияқты жергілікті биомассаны өңдеуге негізделсе, бұл қал­дық­тарды кәдеге жаратудан бастап, ауылдық жерлерде жұ­мыс орындарын құруға дейін қосымша экологиялық және әлеуметтік құндылықты туды­ра­ды.

Графен дегеніміз не және ол неге маңызды?

Графен – алтыбұрышты тор түрінде қосылған көмір­те­гі атом­­дарының бір қаба­ты­нан тұ­ратын екі өлшемді құ­рылым. Жоғары жылу өт­кізгіштік, икем­­ділік және молекулалық се­­лективтілік қасиеттерінің бі­ре­гей үйлесімі арқасында гра­фен ХХІ ғасырдың ең перс­пек­тивалы материал­дарының бірі бо­лып саналады.

Графен маңызды, өйткені ол бұрын ешбір материал көр­се­те алмаған бірегей қа­сиет­терді біріктіреді. Ол ерекше мық­ты – болаттан жүздеген есе күшті, бірақ салмағы жоқ жә­не іс жүзінде мөлдір. Графен электр мен жылуды тамаша өт­кізеді, бұл оны электроникада, ба­тареяларда, икемді дис­п­лей­лерде және сенсорларда қол­дануға тамаша үміткер ете­ді. Оның атомдардың бір қа­батты құрылымы ультра жұқа және өте сезімтал құ­рыл­ғы­лар­ды жасауға мүмкіндік бе­реді. Сонымен қатар графен су­ды сүзудің таңғажайып қабі­ле­тіне ие: ол тұздар мен лас­тау­шы заттарды сақтай алады, со­нымен бірге тек су мо­ле­ку­лаларының өтуіне мүмкіндік береді, бұл тұщыландыру және ағынды суларды тазарту перс­пек­тиваларын ашады. Гра­фенді биомассадан, мысалы, кү­ріш қабығынан, ағаштан не­месе тамақ қалдықтарынан алу­ға болатыны ерекше құн­дылық. Бұл оны жоғары тиім­ді­лікпен ғана емес, сонымен қа­тар экологиялық тұрақты етеді. Мұның бәрі графенді тех­но­ло­гияны түбегейлі өзгертуге және оны таза, ақылды әрі тиім­дірек етуге қабілетті бо­лашақ ма­те­риа­лына ай­нал­ды­ра­ды.

Менің зерттеуім ауыл­ша­руа­шылық өнеркәсібінің жа­нама өнімі болып табылатын күріш қауызынан алынған гра­фен­ді пайдалана отырып, теңіз бен тұщы суды тұ­щы­лан­ды­ру­дың инновациялық техно­ло­гиясын жасауға бағытталған.

Әдістің мәні неде?

Бүгінгі таңда биомассадан алынатын графен экологиялық таза және қолжетімді шикізат. Егер бұрын графен өндірісі қымбат және энергияны қажет ететін процесс болса, соңғы жыл­дары бұл материалды үгін­ді­лер, күріш қабығы, жүгері түйір­шіктері, кофе ұнтағы және тіпті тамақ қалдықтары сияқты көміртегі бар қалдықтардан синтездеуге мүмкіндік бе­ре­тін неғұрлым тұрақты әдістер әзір­­ленді. Бұл тәсіл өнімнің өзін­­дік құнын төмендетіп қана қой­май, ауылшаруашылық және тұр­мыс­тық қалдықтарды кәдеге жа­рату мәселесін ше­ше­ді.

Биомассадан графен алу процесі шикізаттың оттегісіз (пиролиз) жоғары темпе­ра­ту­рада термиялық ыдырауын, бе­­тінің ауданын ұлғайту үшін кейін­нен химиялық немесе тер­миялық белсендіруді, со­дан кейін алынған көміртекті ма­­териалдың жұқа графен па­рақтарына қабыршақтануын қам­тиды. Нәтиже – су ері­тін­ді­лерімен тиімді әрекеттесуге қабілетті жоғары меншікті бе­ті­нің ауданы мен кеуектілігі бар функционалды материал.

Бұл әдістің артықшылығы – тек органикалық қалдық­тар­ды кәдеге жарату және арзан ба­ға емес, сондай-ақ улы жа­нама өнімдердің болмауы, со­нымен қатар биомассаға бай ай­мақтарда – мысалы, Қазақ­станның ауылшаруашылық ай­мақтарында жергілікті өн­ді­ріс­тің мүмкіндігі.

Осы жолмен алынған гра­фен­ді мембраналар әртүрлі пі­шімдерде қолданылады: жо­ғары гидрофильділігі және рет­телетін өткізгіштігі бар гра­фен оксиді құрылымдарынан механикалық қасиеттері жақ­сартылған төмендетілген гра­фен оксидіне және нанометр дең­гейінде судың өтуін бас­қа­руға қабілетті ламинарлы на­но­құрылымдарға дейін. Мұн­дай мембраналар жоғары се­лективті және судан 99 пайыз­ға дейін тұзды кетіре ала­ды, бұл дәстүрлі полимер ана­логтарынан 2-5 есе жоғары өнімділікті қамтамасыз етеді. Сонымен қатар олар сүзу үшін қажетті төмен қысымның ар­қа­сында энергияны 30 пайызға де­йін үнемдейді, сонымен бір­ге биоластану деңгейін тө­мен­де­тетін және су тазарту жүйе­лерінің қызмет ету мерзімін ұзар­татын бактерияға қарсы қасиеттерге ие.

Менің зерттеулерім ауыл­ша­руашылық қалдықтарын жо­ғары технологиялық ма­те­риал­дарға қайта өңдеу, кәдеге жарату әдісі ғана емес, эко­ло­гиялық трансформацияның то­лық­қанды құралы бола ала­ты­нын растайды. Бұрын пайдасыз деп саналғандарды – күріш қауы­зын, егін қалдықтарын және басқа да биомассаларды пайдалана отырып, біз ең өзекті жаһандық мәселелердің бірі – тұщы судың жетіспеу­ші­лі­гін тиімді шеше алатын келесі ұр­пақ наноматериалдарын өн­ді­рудің бірегей мүмкіндігін ала­мыз. Мұндай материалдар, атап айтқанда графенді мем­бра­налар сүзгілеу және тұз­сыз­дандыру жүйелерінде та­маша сипаттамаларды көр­сетіп, тұ­рақты және арзан су тазарту технологияларына жол ашады.

Қазақстан үшін бұл тұжы­рым­даманың маңызы ерекше. Бір жағынан, еліміздің бай ауыл шаруашылығы әлеуеті бар және жыл сайын тиімді өң­деуге бо­ла­тын тонна биомасса өн­діреді. Екінші жағынан, кли­мат­тың өз­геруі, мұздықтар ағы­нының азаюы және суды басқару жүйе­леріне қысымның артуы жағ­дайында жергілікті, қол­жетімді және экологиялық таза шешімдерді іздеу өте маңызды.

Ауылшаруашылық қалдық­та­рынан алынған графен ма­те­риалдарын пайдалану су ре­сурс­тарына, әсіресе оңтүстік өңірлер мен халық тығыздығы жоғары агломерацияларға қы­сым­ды айтарлықтай тө­мен­детіп қана қоймайды, сондай-ақ қымбат импортқа тәуелді емес суды тазартудың өзіндік технологиялық шешімдерін жа­­сауға мүмкіндік береді. Бұл Қа­­зақстанға жабық экономика, экологиялық жауапкершілік және цифрлық тиімділік қағи­дат­тарын біріктіретін «жасыл» IT-шешімдердің экс­порт­тау­шы­сы ретінде әрекет етуге бірегей мүмкіндік береді.

Осылайша жергілікті ши­кізатқа негізделген нано­тех­но­логия саласындағы ғылыми әзір­лемелер экологиялық ғана емес, сонымен қатар эко­но­ми­ка­лық трансформацияларды – жаңа өндірістерді құрудан бастап, әлемдік жасыл нарықта елдің экспорттық әлеуетін да­мытуға дейін ынталандыратын тұ­рақты өсудің негізі бола ала­ды.

Мақпал СЕЙІТЖАНОВА,

PhD, доцент м.а.