חומצה גופרתית היא הכימיקל הנפוץ ביותר בעולם. מדובר במחמצן חזק מאוד בעל שימושים רבים בתעשיות רבות, בין היתר לייצור של פריטים מנייר, תרופות וקוסמטיקה ועד לסוללות, חומרי ניקוי ודשנים. יחד עם זאת, חומצה גופרתית מכילה לרוב כספית - אחד החומרים הרעילים ביותר - מה שמהווה אתגר עולמי בהתמודדות עם המזהם הסביבתי.
כעת, חוקרים מאוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בגטבורג שבשבדיה, פיתחו שיטה באמצעותה ניתן להפחית את רמות הכספית בחומצה גופרתית ביותר מ-90% - אפילו מרמות נמוכות.
3 צפייה בגלריה
חומצה גופרתית היא כימיקל תעשייתי חשוב, אך לרוב היא מכילה את אחד החומרים הרעילים בעולם: המתכת הכבדה והנדיפה כספית, שעלולה לזהם גם את האוויר וגם את המיםחומצה גופרתית היא כימיקל תעשייתי חשוב, אך לרוב היא מכילה את אחד החומרים הרעילים בעולם: המתכת הכבדה והנדיפה כספית, שעלולה לזהם גם את האוויר וגם את המים
חומצה גופרתית היא כימיקל תעשייתי חשוב, אך לרוב היא מכילה את אחד החומרים הרעילים בעולם: המתכת הכבדה והנדיפה כספית, שעלולה לזהם גם את האוויר וגם את המים
(צילום: Boliden/Unsplash, Nazrin Babashova)
"עד עכשיו, לא הייתה שיטה בר-קיימא לטיהור חומצה גופרתית. עם הפחתה רדיקלית כל כך בתכולת הכספית, אנחנו מגיעים הרבה מתחת לערכי הגבול הנוכחיים. חומצה גופרתית טהורה כזו באיכות גבוהה זוכה לביקוש גבוה ביישומים תעשייתיים ומהווה צעד חשוב בהפחתת ההשפעה הסביבתית", אמר ד"ר ביורן וויקמן מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה.
חומצה גופרתית מופקת מגופרית מתעשיית הנפט או כתוצר לוואי במפעלי ההיתוך של תעשיית הכרייה. במקרה האחרון, כספית, הנמצאת באופן טבעי בעפרה - סלע המכיל מחצבים בריכוז המתאים לכרייה - יכולה להגיע למוצרים המוגמרים. הפצה של כספית הינה בעיה עולמית, שכן החומר נדיף וניתן לפזר אותו באוויר על פני שטחים נרחבים.
מתכת כבדה רעילה זו נשטפת לאחר מכן לתוך נחלים ואגמים כאשר יורד גשם, ואף מאוחסנת באדמה, במים ובאורגניזמים חיים, כך שהיא משפיעה על כל שרשרת המזון ועלולה לפגוע במוח ובמערכת העצבים המרכזית של בני אדם ובעלי חיים.
על פי דוח של התוכנית הסביבתית של האו"ם (UNEP), שמובילה מדיניות סביבתית עולמית, אחראית בעת אירועים סביבתיים על תיאום בין הגופים השונים של האומות המאוחדות ומקדמת את המדדים הסביבתיים ביעדי האו"ם לפיתוח בר-קיימא, פליטת כספית לאטמוספרה עלתה בכ-20% מ-2010 עד 2015. בשנת 2015 נפלטו לאוויר כ-2,200 טונות כספית כתוצאה מפעילויות אנושיות כמו ייצור מלט, כריית זהב בקנה מידה קטן, שריפת פחם, ייצור מתכות ותעשיות ייצור נוספות.
3 צפייה בגלריה
השיטה שפיתח צוות המחקר מטעם אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה להסרת כספית ממים או כימיקלים נקשרת לתחום האלקטרוכימיה, כך שהמתכת הרעילה נקלטת באלקטרודה המצופה בפלטינה. לאחר כן, האלקטרודה קושרת את הכספית לעצמה על ידי שתי המתכות היוצרות סגסוגת, וברגע שהכספית מתמצקת, קל להסיר אותה מהאלקטרודה בצורה בטוחה וחסכונית באנרגיה, ואף לעשות שימוש חוזר באלקטרודההשיטה שפיתח צוות המחקר מטעם אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה להסרת כספית ממים או כימיקלים נקשרת לתחום האלקטרוכימיה, כך שהמתכת הרעילה נקלטת באלקטרודה המצופה בפלטינה. לאחר כן, האלקטרודה קושרת את הכספית לעצמה על ידי שתי המתכות היוצרות סגסוגת, וברגע שהכספית מתמצקת, קל להסיר אותה מהאלקטרודה בצורה בטוחה וחסכונית באנרגיה, ואף לעשות שימוש חוזר באלקטרודה
השיטה שפיתח צוות המחקר מטעם אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה להסרת כספית ממים או כימיקלים נקשרת לתחום האלקטרוכימיה, כך שהמתכת הרעילה נקלטת באלקטרודה המצופה בפלטינה. לאחר כן, האלקטרודה קושרת את הכספית לעצמה על ידי שתי המתכות היוצרות סגסוגת, וברגע שהכספית מתמצקת, קל להסיר אותה מהאלקטרודה בצורה בטוחה וחסכונית באנרגיה, ואף לעשות שימוש חוזר באלקטרודה
(צילום: Chalmers University of Technology, Julia Järlebark)
בנוסף, על פי ההערכות 1,800 טונות כספית הגיעו לאדמה ולמים באותה שנה. אם לא די בכך, ממצאי הדוח הראו כי ייתכן שריכוזי הכספית באטמוספרה עלו ב-450% במאה האחרונה. "כל הדרכים שבהן נוכל להפחית את פליטת הכספית הן מבורכות, מכיוון שכל מידה מסוימת של כספית שנפלטת מצטברת בסביבה וממשיכה להוות איום בריאותי במשך אלפי שנים", אמר ד"ר וויקמן.
לפני חמש שנים הציג צוות המחקר בהובלת ד"ר וויקמן שיטה חלוצית להרחקת כספית מהמים באמצעות תהליכים אלקטרוכימיים. השיטה מבוססת על אלקטרודת מתכת שסופגת את המתכת הרעילה ויוצרת סגסוגת. לאחר מכן, ניתן להסיר את הכספית בבטחה, ולעשות שימוש חוזר באלקטרודה. כעת, החוקרים לקחו את הטכנולוגיה הזו צעד אחד קדימה, ובמחקר חדש שממצאיו פורסמו בכתב העת ACS ES&T Engineering הם הראו כיצד ניתן להסיר כספית מחומצה גופרתית מרוכזת. הניסויים בחומצה גופרתית נעשו בשיתוף חברת הכרייה וזיקוק המתכות השבדית בולידן (Boliden) וחברת אטיום (Atium) שבסיסה גם כן בשבדיה, שמתמקדת בהסרת הכספית מהמים באופן בר-קיימא.
כעת החוקרים מקווים להיות מסוגלים להתקדם עם שותפיהם ולפתח סוג של כור שדרכו חומצה גופרתית תוכל לזרום ולהיטהר בו זמנית. "טיהור החומצה הגופרית מונע פליטות כספית נוספות, ובמקביל מאפשר לתעשייה לפעול בצורה חסכונית יותר ולייצר מוצר מטוהר ברמה גבוהה ולא רעיל. השלב הבא יהיה להגדיל את השיטה לתהליך פיילוט שקרוב יותר לנפחים של אלפי טונות בעולם האמיתי", אמרה ורה רוט, דוקטורנטית באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה.
3 צפייה בגלריה
האופן שבו בוצע המחקר לטיהור החומצה הגופרתית מהכספית בתנאי מעבדה, תחילה בכלי קיבול של 50 מ"ל ולאחר מכן בכלי שתכולתו 20 ליטר, בשאיפה להגדיל את הנפח בפועל לזה המקובל בייצור תעשייתיהאופן שבו בוצע המחקר לטיהור החומצה הגופרתית מהכספית בתנאי מעבדה, תחילה בכלי קיבול של 50 מ"ל ולאחר מכן בכלי שתכולתו 20 ליטר, בשאיפה להגדיל את הנפח בפועל לזה המקובל בייצור תעשייתי
האופן שבו בוצע המחקר לטיהור החומצה הגופרתית מהכספית בתנאי מעבדה, תחילה בכלי קיבול של 50 מ"ל ולאחר מכן בכלי שתכולתו 20 ליטר, בשאיפה להגדיל את הנפח בפועל לזה המקובל בייצור תעשייתי
(איור: Chalmers University of Technology, Vera Roth, Julia Järlebark)
על פי מסד הנתונים של חברה סטטיסטה (Statista), נפח השוק העולמי לחומצה גופרתית מסתכם בכ-260 מיליון טונות בשנה, כשעד שנת 2029, נתון זה צפוי לעלות ל-314 מיליון טונות. ככל שתכולת הכספית של החומצה הגופרית תהיה נמוכה יותר, כך היא תהיה בעלת ערך רב יותר.
חומצה גופרתית למטרות מסחריות נחשבת לאיכותית כאשר תכולת הכספית שלה נמוכה מ-0.30 מ"ג לק"ג. אם התכולה נמוכה מ-0.08 מ"ג לק"ג, הרי שהחומצה הגופרית נחשבת לבעלת טוהר גבוה. בשיטה החדשה הפחיתו החוקרים את רמת הכספית ל-0.02 מ"ג לק"ג כחלק ממחקר הפיילוט שלהם. "ערכי הגבול לכמות הכספית בחומצה גופרתית עשויים להיות מבוססים על הטכנולוגיה שפיתחנו. בשיטה החדשה לטיהור חומצה גופרתית, תקוותנו היא שהחקיקה סביב ערכי הגבול תוחמר בראייה גלובלית שבה רמות הכספית הן בדרך כלל הרבה יותר גבוהות, כך שייווצר סטנדרט חדש ומועיל סביבתית שתהיה חובה לעמוד בו", סיכם ד"ר וויקמן.