نوآوری و رشد بازار در فناوری نانو حباب
نانو حباب به حباب‌های گازی درون سیال‌ها با اندازه‌های ۱ تا ۲۰۰ نانومتر اطلاق می‌شود. در برخی تعاریف، حباب‌هایی که اندازه آن‌ها کمتر از ۱۰۰۰ نانومتر است نیز به‌عنوان نانو حباب در نظر گرفته می‌شوند. به دلیل اندازه کوچک ، نانو حباب‌ها درون سیال کامل شفاف هستند، در حالی که میکرو حباب‌ها باعث کدر شدن سیال می‌شوند و ماکرو حباب‌ها به‌راحتی با چشم قابل مشاهده‌اند.
پایداری نانو حباب‌ها در مقایسه با حباب‌های بزرگ‌تر بیشتر است. این پایداری به دلیل نیروی شناوری است که با افزایش اندازه حباب‌ها، تمایل آن‌ها برای خروج از سیال نیز افزایش می‌یابد. در حباب‌های نانو، نیروی بویانسی کمتر است و به همین دلیل این حباب‌ها می‌توانند مدت طولانی‌تری درون سیال باقی بمانند.یکی از ویژگی‌های جذاب نانو حباب‌ها، قابلیت بالای آن‌ها در افزایش انحلال گازها در سیال است. این حباب‌ها می‌توانند میزان انحلال گاز را به‌طور قابل توجهی افزایش دهند. به‌عنوان مثال، با استفاده از نانو حباب‌ها، می‌توان میزان اکسیژن محلول در آب را تا بیش از ۴۰ پی پی ام در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد افزایش داد که این مقدار معادل شرایط موجود در ارتفاعات بالاتر از سطح دریا است.
ویژگی دیگری که نانو حباب‌ها را منحصر به فرد می‌سازد، ایجاد بار سطحی منفی یا پتانسیل زتا است. با کاهش اندازه حباب، بار سطحی یا پتانسیل زتا افزایش یافته و این امر موجب توزیع یکنواخت حباب‌ها در سیال می‌شود و از تجمع و خروج آن‌ها جلوگیری می‌کند. این خصوصیت به نانو حباب‌ها این امکان را می‌دهد که در شرایط خاص تا هفته‌ها یا حتی ماه‌ها درون سیال پایدار بمانند.
در نهایت، ویژگی‌های منحصر به فرد نانو حباب‌ها شامل پایداری بالا و توانایی افزایش انحلال گاز، موجب می‌شود که این حباب‌ها در زمینه‌های مختلفی مانند کشاورزی، آبزی‌پروری و تصفیه آب کاربردهای مفیدی داشته باشند. کاربرد این فناوری در این صنایع می‌تواند به بهبود فرآیندها و افزایش کارایی منجر شود.
تاریخچه نانو حباب‌ها به رغم اینکه فناوری نوین و به نسبت جدیدی به شمار می‌آید، اما استفاده از آن به سال‌ها پیش برمی‌گردد. در دهه ۱۹۵۰، تئوری اپستین-پلست به معرفی مفهوم ماندگاری حباب‌ها در سیال پرداخته و یکی از اصول پایه‌ای در تحلیل رفتار نانو حباب‌ها را مطرح کرد.تحقیقات بر روی نانو حباب‌ها در اوایل قرن ۲۱ به سرعت پیشرفت کرد. در سال ۲۰۰۰، نخستین تصویر به‌دست‌آمده از نانو حباب‌ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی منتشر شد. این تصاویر به محققان کمک کرد تا وجود نانو حباب‌ها در آب را با دقت بیشتری تأیید کنند. سه سال بعد، در ۲۰۰۳، تصاویری از نانو حباب‌های اکسیژن با استفاده از میکروسکوپ فلورسنس به نمایش درآمد که شواهد بیشتری از وجود این حباب‌ها در سیالات ارائه داد و اعتبار علمی این مفهوم را افزایش داد.
پیشرفت‌های بعدی در سال ۲۰۰۶ به توسعه پایدارتر نانو حباب‌ها منجر شد. در این سال، محققان موفق شدند نانو حباب‌ها را در حضور سورفکتانت‌ها و محلول‌های نمکی با پایداری قابل توجهی در آب ثابت کنند.
با گذشت زمان، در سال ۲۰۱۰، تصاویری با وضوح بسیار بالا از نانو حباب‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌های عبوری الکترونی و میکروسکوپ‌های الکترونی کرایو (Cryo-SEM) به‌دست آمد. این تصاویری که بالاترین دقت ممکن را در مشاهده نانو حباب‌ها ارائه می‌داد، مبنای علمی محکمی برای توسعه فعالیت‌های تجاری و تحقیقاتی در این زمینه فراهم کرد و به رشد و گسترش استفاده از فناوری نانو حباب‌ها در صنایع مختلف کمک نمود.
تاریخچه نانو حباب‌ها نشان‌دهنده مسیر علمی و تحقیقاتی پرورش‌یافته‌ای است که از تئوری‌های اولیه تا پیشرفت‌های فناوری مدرن ادامه داشته و همچنان به توسعه کاربردهای جدید در صنایع مختلف منجر می‌شود.
برای تولید نانو حباب‌ها از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود.الکترولیز: در این روش، جریان برق مستقیم از میان سیالات هادی مانند آب عبور داده می‌شود. این جریان باعث تجزیه آب به عناصر خود در اطراف الکترودها می‌شود که به شکل حباب‌های نانو متری در مایع ظاهر می‌شوند. هرچند که این روش قابلیت تولید نانو حباب‌ها را دارد، اما به دلیل مصرف بالای برق و مقیاس‌پذیری محدود، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار نمیگیرد.غشا: در این روش، گاز تحت فشار از میان غشاهای میکرومتری و نانومتری عبور داده می‌شود. این عمل منجر به تولید حباب‌هایی در مقیاس میکرون و نانو درون مایع می‌شود. مزیت این روش در مقیاس‌پذیری خوب و قابلیت کنترل دقیق‌تر اندازه حباب‌ها است. با این حال، یکی از محدودیت‌های این روش این است که تولید حباب‌هایی با ابعاد کوچکتر از ۳۰۰ نانومتر به‌طور معمول دشوار است.کاویتاسیون: این روش با ایجاد تغییرات سریع در فشار هیدرودینامیکی مایع، که معمولاً از طریق امواج صوتی یا الکترومغناطیسی انجام می‌شود، نانو حباب‌ها را تولید می‌کند. کاویتاسیون یکی از روش‌های پرکاربرد و مؤثر برای تولید نانو حباب‌ها است. استفاده از راکتورهای کاویتاسیون به دلیل توانایی تولید حباب‌های بسیار ریز و مقیاس‌پذیری بالا، محبوبیت زیادی دارد. همچنین این روش به دلیل مصرف انرژی بهینه و امکان تولید حباب‌هایی با ابعاد کمتر از ۱۰۰ نانومتر، بسیار کارآمد به شمار می‌آید.
یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان و پیشرو در فناوری نانو حباب در ایران به‌طور موفقیت‌آمیز به توسعه و تولید فناوری‌های پیشرفته در زمینه نانو حباب پرداخته است. این شرکت به منظور ارتقاء بهره‌وری و کاهش هزینه‌های عملیاتی در صنایع مختلف مانند آب و فاضلاب، محیط زیست، کشاورزی، آبزی‌پروری و صنایع غذایی، اقدام به طراحی و ساخت دستگاه‌های تولید نانو گاز کرده است. این دستگاه‌ها قادر به تولید نانو حباب‌هایی از گازهای مختلف از جمله هوا، اکسیژن، ازن، کلر، نیتروژن و دی‌اکسید کربن به مقیاس صنعتی هستند.
یکی از محصولات کلیدی این شرکت، ژنراتور نانو حباب است. این دستگاه‌ها با استفاده از یک فرآیند خاص انتقال دو فازی، قادرند گازها را با بهره‌وری بسیار بالا به داخل مایع تزریق کنند. ویژگی‌های منحصربه‌فرد نانو حباب‌ها نسبت به روش‌های مرسوم شامل اندازه‌های بسیار ریز و فشار داخلی بالا است که باعث می‌شود این حباب‌ها برای مدت طولانی به‌صورت پایدار درون مایع باقی بمانند و انتقال مؤثر گاز به مایع را تضمین کنند.
نانو حباب‌ها به دلیل داشتن شناوری بسیار کم و حرکت براونی، به‌راحتی در سرتاسر مایع پخش می‌شوند. از دیگر مزایای این حباب‌ها، می‌توان به عدم تجمع آن‌ها اشاره کرد، که باعث می‌شود در طول زمان، توزیع یکنواختی در مایع برقرار گردد. این خصوصیات موجب افزایش کارایی و اثربخشی کاربردهای مختلف فناوری نانو حباب‌ها در صنایع هدف می‌شود.
بازار فناوری نانو حباب:
فناوری نانو حباب به عنوان یکی از زمینه‌های جذاب در نانوفناوری، در صنایع مختلفی از جمله کشاورزی، آبزی‌پروری، تصفیه آب، معدن و نفت به کار گرفته می‌شود. اگرچه این فناوری به تازگی وارد بازار شده است، پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که رشد آن در سال‌های آینده قابل توجه خواهد بود.طبق ارزیابی‌های اخیر، در سال ۲۰۲۲، ارزش فروش جهانی دستگاه‌های تولید نانو حباب به بیش از ۳۳ میلیون دلار رسید. برآوردها حاکی از آن است که این میزان تا سال ۲۰۳۰ به بیش از ۸۵ میلیون دلار افزایش خواهد یافت، که به معنای رشد سالانه متوسطی بیش از ۱۷ درصد است.
در حال حاضر، شرکت مولار در ایالت کالیفرنیای آمریکا بیش از ۳۶ درصد از سهم بازار جهانی دستگاه‌های تولید نانو حباب را در اختیار دارد. پس از مولار، شرکت آکنیتی از ژاپن با سهمی بیش از ۸ درصد در بازار قرار دارد.در میان انواع مختلف دستگاه‌های تولید نانو حباب، دو نوع دستگاه با عملکرد افزایش فشار – انحلال و سیرکولاسیون، بیشترین فروش را دارند. کاربردهای صنعتی این فناوری به ویژه در صنعت آبزی‌پروری در حال افزایش است و سایر صنایع مانند کشاورزی، تولید نیمه‌رساناها، تصفیه آب، نفت و گاز، و معدن نیز از این فناوری بهره‌مند می‌شوند.
در حال حاضر، بزرگ‌ترین بازار مصرف فناوری نانو حباب در آمریکای شمالی است، با توجه به حجم بالای تقاضا در این منطقه. پس از آن، بازارهای آسیای جنوب شرقی، اروپا، آمریکای لاتین و خاورمیانه به ترتیب در رتبه‌های بعدی قرار دارند.
با توجه به ارزیابی‌ها، انتظار می‌رود که استفاده از فناوری نانو حباب و دستگاه‌های تولید آن در آینده نزدیک به طور قابل توجهی افزایش یابد، که این امر به رشد و توسعه صنایع مختلف کمک خواهد کرد.
