בקרוב - חשמל מאצות שגדלות בים

חוקרים מציגים בכתב העת Biosensors and Bioelectronics שיטה חדשה לייצור חשמל ישירות מאצות ים. השיטה פותחה בשיתוף פעולה בין תוכנית האנרגיה והפקולטות לכימיה, לביולוגיה ולהנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון וחברת חקר ימים ואגמים לישראל (חיא"ל).

השימוש המסורתי בדלקי מאובנים כרוך בזיהום סביבתי רב ותורם לתופעות אקלימיות חריגות שאנו עדים להם ואשר מדאיגות את העולם כולו. יתר על כן - גם תהליך ייצורם של דלקים אלה מזיק לסביבה. זה הרקע לפיתוחן של טכנולוגיות חדשות לייצור אנרגיה מתחדשת וידידותית לסביבה.

אחת הגישות המבטיחות, שמעסיקה קבוצות מחקר רבות כבר עשרות שנים, היא שימוש בתאי דלק מיקרוביאליים. תאים אלה מתבססים על יכולתם של חיידקים מסוימים לפלוט אלקטרונים; הצבתן של מושבות חיידקים כאלה בקרבת אלקטרודה בתא מאפשרת לייצר חשמל. לשיטה זו שני חסרונות בולטים: העלות הכלכלית והסכנה הבריאותית שכרוכות בגידול כמויות גדולות של חיידקים בתוך התאים האלקטרוכימיים.

בעקבות זאת נולדה טכנולוגיה אחרת: תאים ביו-פוטו אלקטרוכימיים. גם כאן, בדומה לתאי הדלק המיקרוביאליים, המקור ליצירת החשמל בשיטה זו הוא חיידקים, אלא שהפעם מדובר בציאנובקטריה (הידועות גם כאצות כחוליות): חיידקים המסוגלים לבצע פוטוסינתזה כמו צמחים. עם זאת, לציאנובקטריה מגבלות משלהן: ראשית, בניגוד לתאים מיקרוביאליים, ציאנובקטריה אינן מייצרות אלקטרונים בחשיכה, שכן תהליך הפוטוסינתזה מתרחש רק בנוכחות אור. שנית, כדי לייצר כמות חשמל משמעותית, המתחרה בטכנולוגיות כגון תאים סולאריים או תאי דלק מבוססי מימן, נדרשת כמות עצומה של ציאנובקטריה, כלומר שטחים גדולים ויקרים.

במחקר הנוכחי מציגה קבוצת חוקרים משלוש פקולטות בטכניון ומחיא"ל ייצור חשמל ממקור ימי אחר: אצות ים (seaweeds). את המחקר הובילו פרופ' נעם אדיר והדוקטורנט יניב שלוסברג מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך ותוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון, בשיתוף פעולה עם עמיתיהם ד"ר טונדה טות מהפקולטה לכימיה; פרופ' גדי שוסטר, ד"ר דוד מאירי, המשתלמים נמרוד קרופניק ובנימין איישנבאום מהפקולטה לביולוגיה; ד"ר עומר יחזקאלי והמשתלם מתן מאירוביץ' מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון; וד"ר אלוארו ישראל מחיא"ל בחיפה.

הפיתוח הראשוני של השיטה הניב זרם חשמל גדול פי אלף ויותר מזה שהופק מציאנובקטריה - רמה המתקרבת לזרמים המיוצרים בתאים סולאריים. לדברי פרופ' אדיר, היעילות הגבוהה נובעת משני גורמים עיקריים: קצב הפוטוסינתזה המהיר של אצות הים, ובראשן האצה הים תיכונית הירוקה הנקראת Ulva, והמליחות הגבוהה של מי-הים המתפקדת ביעילות כאלקטרוליט - הנוזל המוליך בתא האלקטרוכימי.

מלבד זאת, בניגוד לתאים אלקטרוכימיים המבוססים על ציאנובקטריה, אצות הים מסוגלות לייצר חשמל ביום וגם בלילה; בשעות האור מתקבלת האנרגיה בעיקר מתהליך הפוטוסינתזה, ואילו בשעות החושך היא מגיעה ממולקולות שהאצה מפרישה שמקורם בתהליך הנשימה. מולקולות אלה, הקרויות "מתווכות אלקטרונים", מוסרות אלקטרונים לאלקטרודה של התא הביו-אלקטרוכימי ליצירת חשמל. לשימוש באצות ים לייצור חשמל יתרונות רבים. הן גדלות במהירות ואפשר לגדל אותן בים או במתקנים ביבשה, כמעט ללא צורך במים מתוקים ובאדמות חקלאיות.