با توجه به انتظار افزایش 50 درصدی مصرف انرژی در 20 سال آینده، پیش بینی می شود که افزایش تقاضای جهانی برای انرژی تا چند دهه بعد نیز ادامه یابد. اگرچه استفاده از منابع انرژی جایگزین مانند انرژی هسته ای و انرژی های تجدیدپذیر در سالهای آتی افزایش می یابد، اما این افزایش کم بوده و نقش اصلی منابع انرژی تجدید پذیر، برای منابع سوخت هیدروکربنی حداقل برای 2 دهه بعد، نقش تکمیل کننده و حامی و نه نقش جایگزین خواهد داشت.

  بر همین اساس رسیدن تقاضای جهانی انرژی به بالاترین مقدار خود، موضوع چالش اصلی در سالهای آتی خواهد بود و تنها با پیشرفت اساسی و بنیادین در هسته اصلی علم و مهندسی صنایع نفت وگاز ممکن خواهد بود. پیشرفت های حاصله در فناوری نانو این پتانسیل را دارند که صنعت را با استفاده از معرفی فناوری هایی پربازده تر و همچنین از نظر زیست محیطی سازگارتر، به جایی فراتر از منابع جایگزین کنونی سوق دهند.

  پیشرفتها در زمینه فناوری نانو باعث توسعه مواد، ابزارها و وسایلی با خصوصیات ویژه ای شده است که به کمک فناور ی های مرسوم نمی توان بدان ها رسید. فناوری نانو این قابلیت را دارد که تمام بخش های صنعت نفت اعم از بالا دستی و پائین دستی را متحول کند. به عنوان مثال در حوزه تولید نفت وگاز، با ارتقا قابلیت انتقال حرارت و بهبود جداسازی درون چاهی به کمک فناوری نانو می توان میزان برداشت را از منابع موجود و یا جدید را توسعه داد.

  در حوزه اکتشاف نفت، از آنجایی که قدرت و پایداری مواد در صنایع نفت و گاز از اهمیت فراوانی برخوردار است، ساخت مواد در مقیاس نانو با دقت بسیار زیاد، نه تنها زمین شناسان و مهندسان را قادرمی سازد که ابزارهایی که از آنها استفاده می شود را کوچکتر سازند بلکه در تولید و ساخت مواد با کیفیت بهبود یافته آنها را یاری می کند.

  هم اکنون از از نانو مواد مختلف در بخشهای مختلف صنایع بالادستی نفت مانند، ساخت مته های با داومتر، ترکیبات موثرتر در گِلهای حفاری، ساخت نانو حسگرها، بهبود فرآیندهای تکمیل چاه، افزایش ازدیاد برداشت نفت خام، انتقال نفت، جلوگیری از گرفتگی و رسوبات و بسیاری از بخشهای دیگر استفاده می شود.

  همچنین در بخش پایین دستی نیز فناوری نانو اکنون به مرحله تجاری رسیده است. نانو مواد اکنون نقش مهمی در ساخت کاتالیستهای جدید و موثرتر دارند به طوری که مهمترین کاربرد این فناوری در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی مربروط به ساخت کاتالیستهای جدید است. بهبود کاتالیستهای جدید منجر به بهینه سازی فرآیندهای موجود میگردد و بر این اساس فرآیندها و کاتالیستها سیر تکامل خود را به کمک فناوری نانو در حال طی کردن هستند.

  از مهمترین کاربردهای دیگر فناوری نانو در حوزه پائین دستی می توان به نانو عایقها با هدف کاهش مصرف انرژی، استفاده از نانو سیالات با هدف بهبود انتقال حرارت، نانو پوششهای ضد خوردگی و… اشاره کرد.

  یکی از مزیتهای کاربرد فناوری در صنایع نفتی کنترل میزان آلایندگی و مخاطرات زیست محیطی این صنایع است. اکنون سیستمهای مختلف اعم از نانو فیلتراسیون، نانو کویتاسیون و نانو کاتالیستها در حذف آلودگی های ناشی از این صنایع نقش مهمی را بازی میکنند.به کمک نانو کاتالیستهای جدید میزان ترکیبات گوگردی و نیتروژن دار در سوختهای دیزلی و بنزینی که منشا بسیاری از آلودگی های هوا به شمار میرد، حذف میشود.

  به کمک این فناوری در فرآیندهای تصفیه آب بسیاری از ترکیبات آلی و نفتی قبل از ورود به محیط زیست در تصفیه خانه این صنایع جداسازی میشود. مواد آلاینده موجود در آب همراه نفت قبل از ورود به محیط زیست در این فرآیندها به حد قابل قبولی کاهش می یابد.به کمک نانو فیلتر ها علاوه بر کاهش ورود مواد آلاینده به داخل توربینها و کمپرسورها صنایع نفتی، عملکرد و بازده دستگاه ها نسبت به فیلترهای معمولی افزایش چشمگیری پیدا میکند.علاوه بر آن کاربردهای مستقیم فناوری نانو، این فناوری به طور غیر مستقیم نیز در صنایع نفت و انرژی کاربردهای فراوانی دارد.

  اکنون نانو افزودنی ها به روغن های موتور و سوخت جایگاه ویژه ای در این بخش پیدا کرده اند. خواصی چون بهبود اندیس گرانروی روغن موتور، ایجاد خواص تمیز کنندگی بهتر موتور، ایجاد خواص ترمیم سطوح داخلی موتور و بسیاری دیگر از خواص باعث بهبود کارایی روغن های موتور به کمک این فناوری شده است. همچنین استفاده از نانو مواد به عنوان اکتان افزا در حال توسعه روز افزون است.

تدوین درخت فناوری نانو

  یکی از مسایل مهم در زمینه مدیریت فناوری و مخصوصا فناوری‌های جدید، اولویت‌گذاری سریع کشورها در زمینه این فناوری‌ها می‌باشد. در چند سال اخیر، فناوری نانو به عنوان یکی از فناوری‌های نو، در کشور ما نیز از طرف مسئولین و پژوهشگران مورد توجه قرار گرفته است. پیش از تصمیم‌گیری و سیاست‌گذاری در مورد اولویت‌ها، لازم است عرصه‌های کلیدی این فناوری جدید و مبهم و زمینه‌های کاربردی هر کدام از آنها به شکل یک زنجیره، از فناوری‌های پایه تا بازار به صورت شفاف و مختصر بیان شود تا بر اساس آن تصمیم‌گیری‌های کلان صورت گیرد. بدیهی است تصمیم‌گیری دیرهنگام یا غیردقیق در این عرصه جدید موجب ازدست رفتن فرصت‌ها می‌گردد
روشهای نمایش تصویری، منجمله نمایش درختی، رویه‌ای متداول در آینده‌اندیشی فناوری (Technology Foresight) ‌به شمار می‌رود و بعضاً اسلوب آنها تحت تأثیر سلایق فردی نیز قرار دارد .

۱. رسالت اصلی

  طراحی درخت فناوری نانو، هدایت سیاستگذاری کلان کشورها در امر فناوری و ایجاد وفاق و همگرایی در بین محققان، سیاستگذاران و سرمایه‌گذاران می‌باشد. بر این اساس، این درخت با ترسیم تحولات جهانی در عرصه فناوری نانو به تعیین اولویت‌ها و سمت و سوی کلان حرکت کشورها کمک می‌نمایند. با توجه به جدید بودن فناوری نانو و فاصله کم کشورهای مختلف در این زمینه، لزوم سیاست‌گذاری سریع کشور در این عرصه بدیهی به نظر می‌رسد.

  جهت آینده‌نگری و اولویت‌یابی برای کشور لازم است علاوه بر روش‌های کلاسیک آینده‌اندیشی به طور منظم و مستمر، ارائه‌ای نظام‌مند و شفاف از وضعیت علم و فناوری نانو در جهان داشته باشیم. بر این اساس، در راستای بررسی وضعیت فناوری نانو در جهان و با توجه به پیچیدگی موضوعی آن تلاش شده است تا کاربردها و فناوری‌های نانو در دسته‌بندی‌های کاملاً صریح، گویا و در عین حال مختصر تقسیم‌بندی شوند. بدین صورت مزایای عینی فناوری‌نانو از منظر نوع فناوری (درخت فناوری‌های ‌نانو) تقسیم‌بندی می‌گردد.

  درخت فناوری‌های نانو با چنین ساختاری برای اولین بار در دنیا ارائه می‌شود. این درخت می‌تواند در جهت کمک به محققان و سیاست‌گذاران دولت و صنعت جهت انتخاب سریع فناوری‌های نانومقیاس مناسب اهداف خود نقش اساسی را ایفا نماید.

۲. روش کار

الف – سطح‌بندی

  در این کار با توجه به نقش کلیدی عناصر پایه (مثل نانوذرات یا فولرین‌ها) در فناوری و محصولات نانومقیاس و همچنین کمتر بودن تعداد آنها نسبت به فناوری‌ها و کاربردها، عناصر پایه مطرح در فناوری نانو به عنوان اساس طراحی درخت فرض شده و بر این اساس، کاربردها و راهکارهای مهم ساخت هر یک از عناصر پایه لیست شده است، تا ارتباط منطقی و درخت‌گونه ذیل پدید آید:
راهکارها > عناصر پایه > کاربردها

  سپس از آنجایی که هر یک از روش‌های ساخت در یکی از “رویکرد”های بالا به پایین یا پایین به بالا قرار می‌گیرد، با افزودن سطح”رویکردها”، ساختارهای درختی فوق به صورت ذیل مرتب گردیدند:

رویکردها >راهکارها > عناصر پایه > کاربردها

ب – نامگذاری سطوح

به طور کلی میتوان علت نامگذاری سطوح مختلف درخت را به صورت زیر بیان کرد:

سطح اول: راهکارهای مختلف ساخت در فناوری نانو را می توان در دو رویکرد “بالا به پایین” و “پایین به بالا” دسته‌بندی نمود]2[. نانومحاسبات نیز یکی از فناوری‌های کلیدی است که در سالهای آینده بخش مهمی از صنعت نانو را دربرگرفته و عمده فناوری‌های بالا به پایین و پایین به بالا به آن وابسته خواهد شد. لذا اغماض از آن به نوعی ناقص نمودن مجموعه فناوری‌های نانو تلقی می‌گردد و بنابراین به عنوان یک “رویکرد” درون درخت جای داده شده است.

سطح دوم: همان‌طور که اشاره شد، سطح دوم خود به مجموعه‌ای از روش‌ها مربوط می‌شود و لذا لفظ “راهکار” برای آن مناسب است.

سطح سوم: در حال حاضر کل انقلاب فناوری نانو بر چند عنصر پایه محدود (همچون نانولوله‌ها و نانوذرات) استوار است. این عناصر پایه اساس برتری محصولات فناوری نانو (همچون سوسپانسیون‌ها و نانوکامپوزیت‌ها) خواهند بود.

سطح چهارم: در سطح چهارم روی شفافیت مزایای کاربردی فناوری نانو نسبت به فناوری‌های گذشته تأکید بسیار زیادی شده است. براین اساس لفظ «مزایای کاربردی» اتخاذ شده است. این تأکید زیاد کمک می‌کند تا سیاست‌گذاران بتوانند در صورت لزوم تصمیمی قاطع و راهبردی پیرامون توسعه یک زنجیره “راهکار- عنصرپایه- مزیت کاربردی” اتخاذ نمایند. درواقع به جز در چند مورد معدود (مثل حسگرها)، سایر موارد ذکرشده تمایزی آشکار را نسبت به فناوری‌های گذشته نشان می‌دهند (مثل مواد مستحکم و سبک یا جذب انتخابی و کارای فلزات سنگین). همچنین در مواردی مزیت یک کاربرد به روشنی بیان نشده است که در این حالت، ارزان‌تر و کاراتربودن کاربرد مربوطه مد نظر بوده است.

ج – نحوه پیاده‌سازی درختباتوجه به فلسفة وجودی درخت‌ها مبنی بر ارائه جامع و در عین حال مختصر یک پروژه، در ترسیم این درخت نیز قانون طلایی زیر مدنظر بوده است

  به عنوان یک راهبرد در طراحی این درخت، سعی می‌شود تعداد شاخه‌های منشعب از یک عنوان، خیلی زیاد نباشد.”بر این اساس سعی شده است تا حد امکان سطح راهکارها (سطح دوم) به صورت فناوری‌های کلی و عمده رسم شود. بدیهی است در صورت عدم رعایت این مطلب، اولاً انبساط ناگهانی حجم درخت نوعی ازدحام ایجاد می‌کرد؛ ثانیاً این کار (ارائه تمام راهکارها به صورت جزئی) با رسالت اصلی طراحی درخت مبنی بر هدایت سیاست‌گذاری کلان کشور در امر فناوری نانو تضاد داشت.

  از این رو، بسیاری از روش‌ها به صورت یک راهکار کلی ارائه شده‌اند. به عنوان مثال، روش پلیمریزاسیون امولسیونی در زیرمجموعه راهکار “خودآرایی در محلول” و روش “آلیاژ سازی مکانیکی” در زیر مجموعه راهکار “آسیاب گلوله‌ای” قرار می‌گیرد. همچنین روش‌هایی مثل Intercalation، ،Impregnation Incipient Wetness، اختلاط مذاب و غیره، راهکارهایی بسیار ساده و عمومی هستند، که شاید از سال‌های آغازین ساخت کاتالیزورها، باتری‌ها و غیره به کار می‌رفته‌اند و درضمن باعث خلق یک نانوساختار پایه نمی‌شوند. لذا به عنوان یک راهکار در نانوفناوری به رسمیت شناخته نمی‌شوند.

  از دیگر سو، در سطح چهارم (سطح مزایای کاربردی) بر شفافیت مزایای فناوری نانو و برجستگی و تمایز آنها نسبت به فناوری‌های مشابه مرسوم -در عین ایجاز کلام- تأکید بسیار زیادی شده است. این راهبرد سبب شده است تا انبوهی از مطالب پراکنده به صورتی بسیار ساده، چکیده و قابل استفاده ارائه شوند. از آنجایی که برخی از عناصر پایه با چند روش تولید می‌شوند، در چند جای درخت به آنها اشاره شده‌است، اما برای پرهیز از شلوغی، سطح مزیتهای کاربردی فقط برای یکی از آنها آورده شده است. همچنین در مورد نانوکامپوزیت‌ها، برای توضیح بیشتر از یک سطح مجازی ما بین سطوح سوم و چهارم استفاده شده است.
شایان ذکر است که تمام مزایای کاربردی ارائه شده در این درخت از مراجع علمی معتبر گردآوری و ارائه شده‌اند (بخش مراجع)

۳. نتیجه‌گیری

همان‌طور که عنوان شد این درخت در چهار سطح مرتب شده است. فناوری‌های نانو به سه زیرشاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش‌های ساخت) و نانو محاسبات (روش‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی) تقسیم‌بندی می‌شوند که هر کدام از این روش‌ها نیز به شاخه‌های گوناگون مرتبط تقسیم می‌شوند.
همانگونه که اشاره شد این درخت برای اولین بار در سطح دنیا ارائه می‌شود و می‌تواند در جهت تصمیم‌گیری و اولویت‌یابی و کمک به تصمیم‌گیرندگان در زمینه فناوری نانو راهگشا باشد. بدیهی است همه شاخه‌های درخت به یک میزان تاثیرگذار نیستند و باید بسته به شرایط و امکانات موجود، برخی از شاخه‌ها را بر مابقی ترجیح داد. در واقع این درخت عرصه‌های مختلف فناوری نانو را به صورت کیفی معرفی می‌نماید. همچنین شاخه‌های ارائه‌‌شده راههایی نسبتاً پیموده‌شده‌اند و محققان دانشگاهی ما برای کسب نوآوری و پیشتازی علمی کشور در زمینه فناوری نانو باید علاوه بر درک و شناخت کامل عرصه‌های موجود، شاخه‌های جدیدی را به این درخت در حال رشد و تغییر بیفزایند.