در حال حاضر جمعيت دنيا در حدود شش ميليارد نفر است که 50 درصد آن در آسيا زندگي مي‌کنند. جمعيت زيادي از مردم کشورهاي در حال توسعه، هر روزه به علت تأثيرات محيطي و يا بي‌ثباتي سياسي با مشکل مواد غذايي روبه‌رو هستند، در حالي که در کشورهاي توسعه يافته با مازاد مواد غذايي مواجه هستند. در کشورهاي در حال توسعه تلاش مي‌شود تا فراورده‌هايي مقاوم در برابر آفات و خشکسالي پرورش داده شود تا برداشت محصول به بالاترين ميزان خود برسد صنايع غذايي در کشورهاي توسعه يافته در راستاي تقاضاي مشتري - در حال حاضر تلاش در ارائه مواد خوراکي تازه‌تر و سالم‌تر حرکت مي‌کند. در چند سال اخير تقاضا براي مواد غذايي تازه تا 10 درصد افزايش داشته است.
امروزه توانايي فناوري‌نانو در دگرگوني بهداشت، نساجي، فناوري اطلاعات و ارتباطات، علم مواد و انرژي براي همگان واضح است. در حال حاضر بسياري از محصولات توليد شده با فناوري‌نانو در بازار موجود است که پوشش‌هاي ضد باکتري، لوسيون‌هاي شفاف ضد آفتاب، پارچه‌هاي ضد لک، رنگ‌هاي ضدخش براي خودرو و شيشه‌هاي خودپاک‌کن از آن جمله‌اند. کاربرد فناوري‌نانو در کشاورزي و صنايع غذايي، اولين بار در نقشه راه وزارت کشاورزي آمريکا در سپتامبر 2003 مورد بحث قرار گرفت.
2. فناوري‌نانو در کشاورزي
تصور اتحاديه اروپا از اقتصاد مبني بر دانش، بيشينه کردن پتانسيل فناوري زيستي براي سودبري بيشتر اقتصادي، اجتماعي و زيست‌محيطي اين اتحاديه است. چالش‌هاي جديدي در اين بخش وجود دارد که از آن جمله مي‌توان به افزايش تقاضا براي مواد غذايي سالم و مطمئن، تهديدهاي جدي براي محصولات کشاورزي و شيلات، کاهش خطر بيماري و الگوهاي متغير آب و هوايي اشاره کرد.
فناوري‌نانو با کمک ابزارهاي جديد، توانايي دگرگون سازي صنايع غذايي و کشاورزي را دارد و مي‌تواند از اين ابزارها براي تشخيص رفتارهاي مولکولي بيماري‌ها، کشف سريع بيماري و افزايش توانايي گياهان براي جذب مواد غذايي استفاده کند. همچنين در صنايع کشاورزي مي‌توان از حسگرها و سيستم‌هاي رسانش هوشمند براي مبارزه با ويروس‌ها و پاتوژن‌هاي محصولات کشاورزي بهره جست.
در آينده نزديک با بهره‌گيري از کاتاليست‌هاي نانوساختار، افزايش کارايي آفتکشها و علفکشها، امکان کاهش حجم استفاده از اين مواد را خواهيم داشت.
2-1. کشاورزي دقيق
کشاورزي دقيق که همواره آرزويي ديرينه بوده است، کمک مي‌کند که بتوان با کمترين ورودي (کودها، آفتکشها، علفکشها و. . .) بيشترين خروجي (عملکرد محصولات) را به دست آورد؛ اين هدف با بررسي متغيرهاي محيطي و عملکردهاي هدفمند قابل دستيابي است. در کشاورزي دقيق با استفاده از رايانه‌ها، سيستم‌هاي ماهواره‌اي مکان‌ياب جهاني (GPS) و دستگاه‌هاي حسگر کنترل از راه دور، مي‌توان در مورد کيفيت رشد محصولات کشاورزي، تشخيص دقيق طبيعت منطقه و مشکلات آن، تصميم صحيح گرفت. مي‌توان به گونه‌اي تنظيم کرد که اين کار علاوه بر کاهش هزينه، به کاهش ضايعات کشاورزي کمک کرده، آلودگي محيط زيست را به حداقل برساند. حسگرهاي کوچک و سيستم‌هاي کنترل و پايش که با کمک فناوري‌نانوساخته شده‌اند، مي‌توانند تأثير مهمي بر اين شيوه جديد کشاورزي داشته باشند.
يکي از نقش‌هاي اصلي ابزارهاي مبتني بر فناوري‌نانو، افزايش استفاده از حسگرهاي خودکاري است که براي کنترل بلادرنگ به دستگاه‌هاي GPS متصل مي‌شوند. اين نانوحسگرها مي‌توانند در سراسر کشتزار پخش شده و شرايط خاک و رويش محصول را کنترل و تنظيم کنند. در حال حاضر از حسگرهاي بي‌سيم در بخش‌هاي خاصي از آمريکا و استراليا استفاده مي‌شود. استفاده از اين نوع شبکه‌هاي بي سيم تنها به مزارع مربوط نمي‌شود، به عنوان مثال مجله Forbes گزارش داده است که شرکتHoneywell (شرکت تحقيق و توسعه فناوري) براي کنترل فروشگاه‌هاي مواد خوراکي در مينسوتا نانوحسگرهايي را به کار گرفته است. استفاده از اين فناوري، مغازه‌داران را قادر به تشخيص مواد غذايي تاريخ گذشته مي‌کند. پيش‌بيني مي‌شود بازار جهاني حسگرهاي بي سيم تا سال 2010 به هفت ميليارد دلار برسد. اجتماع فناوري‌هاي نانو و بيو در حسگرها، ابزاري را خواهد ساخت که قادر به عکس العمل سريع در مقابل تغييرات محيطي باشد. به عنوان مثال:
با به کارگيري نانولوله‌ها يا نانوحامل‌ها مي‌توان نانوحسگرهايي ساخت که آنقدر کوچک هستند که مي‌توانند اندازه يک پروتئين و يا حتي مولکول‌هاي کوچک‌تر را محاسبه کنند.
مي‌توان نانوسطوح يا نانوذره‌هايي ساخت که قادرند در مقابل آلوده‌کننده‌هايي مثل باکتري‌ها، سيگنال الکتريکي و شيميايي توليد کنند.
ديگر نانوحسگرها با واکنش‌هاي آنزيمي يا به کمک درخت‌سان‌هايي که به مواد شيميايي و پروتئين‌هاي هدف متصل مي‌شوند، کار مي‌کنند.
با به‌کارگيري حسگرهاي هوشمند در اين شيوه کشاوزي، مي‌توان ميزان توليد را بالا برده، به کشاورزان در تصميم گيري بهتر کمک کرد.
2-2. سيستم‌هاي رسانش هوشمند
استفاده از آفتکشهاي حاوي د. د. ت به عنوان يکي از مؤثرترين و رايج‌ترين روش‌ها در نيمه دوم قرن بيستم افزايش يافت. بعدها مشخص شد که بسياري از اين آفتکشها به شدت سمي هستند و سلامت انسان و حيوان و در نتيجه کل اکوسيستم را به مخاطره مي‌اندازند، بنابراين استفاده از آنها ممنوع شد. براي محافظت از عملکرد محصولات، سيستم‌هاي مديريتي يکپارچه مبارزه با آفات، توانست روش‌هاي سنتي چرخه محصول را با روش‌هاي کنترل بيولوژيکي آفات ترکيب کند. اين روش به سرعت رايج شد و در بسياري از کشورها از جمله هند و تونس به کار رفت.
در آينده مي‌توان براي هوشمند کردن کشاورزي، از ابزارهاي نانومقياس استفاده کرد. براي مثال اين ابزارها مي‌توانند در بحث سلامت گياه و تشخيص زودهنگام بيماري حتي پيش از رؤيت کشاورز مورد استفاده قرار گيرند. شايد اين ابزارها روزي قادر به واکنش صحيح در شرايط متفاوت بوده و عملکرد درماني مناسبي ارائه دهند. اين دسته از ابزارها مي‌توانند در شرايطي کنترل شده، مواد شيميايي را به بافت مورد نظر برسانند؛ درست به همان روشي که نانولوله‌ها در رسانش داروها در بدن انسان عمل مي‌کنند. پيشرفت نانوداروها موجب مي‌شود بتوانيم با دقتي بالا با انواع بيماري‌هاي حيوانات از قبيل سرطان مقابله کنيم، و با رسانش هدفمند به بافت‌هاي مشخص، موفقيت را تا حد زيادي افزايش دهيم.
فناوري‌هايي مانند کپسوله کردن و روش‌هاي آزادسازي کنترل شده، کاربرد علفکشها و آفتکشها را متحول کرده است. بسياري از شرکت‌ها فرمول‌هايي ساخته‌اند که در آن از نانوذراتي با اندازه 100 تا250 نانومتر استفاده مي‌کنند که در آب حل مي‌شوند و مؤثرتر از نمونه‌هاي موجود هستند. شرکت‌هاي ديگر از سوسپانسيون ذرات نانومقياس (نانوامولسيون‌ها) با پايه آبي يا روغني و شامل سوسپانسيون يکنواختي از نانوذره‌هاي علف‌کش و آفتکش در اندازه 200 تا 400 نانومتر استفاده مي‌کنند. اين مواد مي‌توانند به راحتي در قالب مواد مختلفي مانند ژل‌ها، کرم‌ها، مايع‌ها و. . . با هم ترکيب و براي محافظت و نگهداري از محصولات به کار گرفته شوند.
يکي از بزرگ‌ترين شرکت‌هاي فعال در مواد شيميايي کشاورزي، Syngenta است که از نانو امولسيون‌ها در محصولات آفتکش خود استفاده مي‌کند. يکي از محصولات موفق اين شرکت که تنظيم‌کننده رشد گياهان است، Primo MAXX نام دارد که اگر پيش از شروع تنش‌هايي مانند گرما، خشکسالي و بيماري استفاده شود، مي‌تواند ساختار فيزيکي چمن‌ها را قوي‌تر ساخته، در نتيجه گياه را در مقابل تغييرات محيطي در فصل رشد مقاوم کند. محصول کپسوله ديگر اين شرکت، کنترل مهمي بر روي آفات اوليه و ثانويه کتان، برنج، بادام زميني و دانه‌هاي سويا اعمال مي‌کند. محصولي که تحت نام تجاري Karate ZEON در بازار موجود است، محصول ميکروکپسو‌له‌اي است که داراي ترکيبات فعالي از lambda-cyhalothrine (يک حشره‌کش شيميايي مبتني برساختار پيريترين طبيعي) است و در برخورد با برگ گياهان، شکسته و باز مي‌شود؛ بر خلاف محصولات کپسوله gutbuster که فقط هنگامي شکسته شده و محتويات آنها بيرون مي‌ريزد که در تماس با محيطي قليايي مانند معده حشراتي خاص قرار بگيرند.
دانشمندان حوزه‌هاي ديگر، در حال کار بر روي فناوري‌هاي مختلفي هستند تا کودها و آفت‌‌کش‌هايي را با سيستمي رسانشي توليد کنند که بتوانند به تغييرات محيطي پاسخ دهند. هدف اصلي، سازگارکردن اين محصولات با محيط است به نحوي که بتوانند مواد خود را تحت شرايطي کنترل شده (آرام يا سريع) در پاسخ به سيگنال‌هايي متفاوت مانند ميدان‌هاي مغناطيسي، گرما، امواج ماوراء صوت، رطوبت و. . . آزاد کنند.
همچنين هدف از تحقيقات جديد، ايجاد شرايطي است که گياهان بتوانند از آب، آفتکشها و کودها بيشترين استفاده را برده، با کاهش مصرف آفتکشها، و کمتر شدن آلودگي به کشاورزي پايدار دست يابيم. شرکت‌هاي کوچک در حال تشکيل اتحاديه‌اي هستند که از مهم‌ترين آنها مي‌توان بهLG, BASF, Honeywell, BayerMitsubishi و Dupont اشاره کرد؛ آنها درصددند تا 10 سال آينده دستگاه‌هاي کاملي براي کنترل و تنظيم سلامت گياه با استفاده از فناوري‌نانو توليد کنند.
2-3. پيشرفت‌هاي ديگر در حوزه کشاورزي با به‌کارگيري فناوري‌نانو
به موازات پيشرفت سيستم‌هاي کنترل، تنظيم شرايط محيطي، رسانش مواد غذايي و استفاده از آفتکشهاي مناسب، فناوري‌نانو توانسته درک ما را نسبت به بيولوژي محصولات کشاورزي و به تبع آن نسبت به ارزش مواد غذايي و محصولات کشاورزي افزايش دهد. همچنين اين فناوري مي‌تواند راه‌هايي براي بالا بردن ارزش محصولات کشاورزي و رفع مشکلات محيطي ارئه دهد.
توليد نانوذرات براي مصارف صنعتي از طريق پرورش گياهان در خاک‌هاي مشخص، يکي از اين نمونه‌هاست؛ به عنوان مثال، تحقيقات نشان داده است که گياه يونجه در خاک غني از طلا، نانوذرات طلا را از طريق ريشه‌هايش جذب کرده و در بافت‌هايش جمع آوري مي‌کند. نانوذرات طلا را مي‌توان به روشي مکانيکي در زمان برداشت از گياه جدا کرد.
همچنين از فناوري‌نانو مي‌توان در تصفيه آب‌هاي زيرزميني بهره گرفت. شرکت آمريکايي Argonide در حال استفاده از نانوفيبرهاي اکسيد آلومينيوم با اندازه 2 نانومتر براي تصفيه آب است. فيلترهايي که از اين فيبرها ساخته شده‌اند، مي‌توانند ويروس‌ها، باکتري‌ها و کيست‌‌ها را از بين ببرند. پروژه‌‌هايي مشابه در مناطق ديگر دنيا مانند هند و آفريقاي جنوبي در حال انجام است و گروه شيميايي آلماني BASF، مبلغ 105 ميليون دلار از بودجه خود در تحقيقات فناوري‌نانو را به تصفيه آب اختصاص داده است. شرکت فرانسوي خدمات شهري Generale des Eaux در حال توسعه فناوري نانوفيلتراسيون، با همکاري شرکت Dow Chemical است. همزمان شرکت آب فرانسه، در حال نصب و راه اندازي سيستم اولترافيلتراسيون، با سوراخ‌هايي به اندازه 0.1 ميکرون در يکي از کارخانجات خود در خارج از پاريس است.
در حالي که بعضي شرکت‌ها مشغول کار بر روي فيلتراسيون آب هستند، بقيه مانند Altairnano، به دنبال روش‌هايي براي پاکسازي آب مي‌باشند. توليدات اين شرکت شامل نانوذرات لانتانيوم است که فسفات را از محيط‌هاي آبي جذب مي‌کند. به‌کارگيري اين نانوذرات در حوضچه‌ها و استخرهاي شنا مي‌تواند به طور مؤثري فسفات موجود را از بين برده و در نتيجه از رشد جلبکها جلوگيري کند. اين شرکت انتظار دارد اين محصول بتواند سود تجاري را براي حوضچه‌هاي پرورش ماهي که هزينه زيادي براي از بين بردن جلبکها صرف مي‌کنند دربر داشته باشد.
تحقيقات دانشگاه Lehigh آمريکا نشان مي‌دهد که نانوپودرها مي‌توانند به عنوان ابزاري مناسب براي پاکسازي خاک‌هاي آلوده و آب‌هاي زيرزميني مورد استفاده واقع شوند. شايد مشکل هزار ميليارد دلاري آب‌هاي زيرزميني آمريکا که داراي 150 هزار مخزن زيرزميني (اين منابع در منطقه ممنوعه‌اي واقع شده‌اند که داراي ضايعات خطرناک است) و تعداد زياد گورستان‌هاي زباله، معدن‌هاي ممنوعه و مناطق صنعتي است، با کمک اين نانوذرات حل شود. نانوذرات آهن موجب اکسيده و درهم شکستگي ترکيبات آلوده کننده - مانند تري‌کلرواتن، تتراکلريد کربن، ديوکسين‌ها و PCBها- شده و آنها رابه ترکيبات کربني با درجه سميت بسيار پايين‌تر تبديل مي‌کند. تحقيقات ديگري در مرکز فناوري نانوبيولوژيکي و زيست محيطي (CBEN) نشان داده است که ذرات نانومقياس اکسيد آهن در پاکسازي آب‌هاي زيرزميني از آرسنيک (چيزي که بر آب مصرفي بسياري از کشورهاي در حال توسعه تأثير دارد و براي آن راه حلي کاراتر از اين وجود ندارد) مؤثر هستند.
در شماره آينده به بيان تأثيرات فني و اقتصادي فناوري‌نانو بر صنايع غذايي خواهيم پرداخت.
منبع:سایت نانو
نانوذرات، روان كننده، كاهش اصطكاك