הדוקטורנט יניב שלוסברג מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך ותוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון הגה שיטה חדשה לייצור חשמל ישירות מאצות ים. הרעיון עלה בעת שהוא שחה בים והבחין באצה. מאמר על הפיתוח פורסם בכתב העת Biosensors and Bioelectronics. השיטה פותחה בשיתוף פעולה בין תוכנית האנרגיה והפקולטות לכימיה, לביולוגיה ולהנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון וחברת חקר ימים ואגמים לישראל (חיא"ל).
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.
2 צפייה בגלריה
סימולציה המסבירה את תהליך הפקת החשמל: האצה מפרישה מולקולות המחזרות (מעבירות אלקטרון) לאלקטרודת פלדת אל-חלד (האנודה). משם ממשיכים האלקטרונים אל אלקטרודת הפלטינה (קתודה) והלאה אל מולקולות מי הים. בעקבות ריאקציה אלקטרוכימית עם הפלטינה מתפרקים מי הים ויוצרים מימן. מעבר האלקטרונים מהאנודה לקתודה יוצר זרם חשמלי, ואת המימן הנפלט בתהליך אפשר לאגור ולהשתמש בהמשך לייצור אנרגיה נוספת בתאי דלק מימן. הודות לפעולת הפוטוסינתזה, תהליך זה מואץ בחשיפה לשמש, אך הוא נמשך גם בהיעדר אורסימולציה המסבירה את תהליך הפקת החשמל: האצה מפרישה מולקולות המחזרות (מעבירות אלקטרון) לאלקטרודת פלדת אל-חלד (האנודה). משם ממשיכים האלקטרונים אל אלקטרודת הפלטינה (קתודה) והלאה אל מולקולות מי הים. בעקבות ריאקציה אלקטרוכימית עם הפלטינה מתפרקים מי הים ויוצרים מימן. מעבר האלקטרונים מהאנודה לקתודה יוצר זרם חשמלי, ואת המימן הנפלט בתהליך אפשר לאגור ולהשתמש בהמשך לייצור אנרגיה נוספת בתאי דלק מימן. הודות לפעולת הפוטוסינתזה, תהליך זה מואץ בחשיפה לשמש, אך הוא נמשך גם בהיעדר אור
סימולציה המסבירה את תהליך הפקת החשמל: האצה מפרישה מולקולות המחזרות (מעבירות אלקטרון) לאלקטרודת פלדת אל-חלד (האנודה). משם ממשיכים האלקטרונים אל אלקטרודת הפלטינה (קתודה) והלאה אל מולקולות מי הים. בעקבות ריאקציה אלקטרוכימית עם הפלטינה מתפרקים מי הים ויוצרים מימן. מעבר האלקטרונים מהאנודה לקתודה יוצר זרם חשמלי, ואת המימן הנפלט בתהליך אפשר לאגור ולהשתמש בהמשך לייצור אנרגיה נוספת בתאי דלק מימן. הודות לפעולת הפוטוסינתזה, תהליך זה מואץ בחשיפה לשמש, אך הוא נמשך גם בהיעדר אור
(צילום: דוברות הטכניון)
הפיתוח הראשוני של השיטה הניב זרם חשמל גדול פי אלף ויותר מזה שהופק מציאנובקטריה – רמה המתקרבת לזרמים המיוצרים בתאים סולריים.
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.
2 צפייה בגלריה
בריכה לגידול אצת האולבה בחיא"ל. משאבה שואבת מים מהים הסמוך אל תוך הבריכה וממנה אל הים. התא הביו-אלקטרוכימי נמצא בתוך הבריכה. כשאצות האולבה הנישאות בזרם מי הים מתנגשות באלקטרודה נוצר זרם חשמל. מדידת זרם החשמל נעשית באמצעות מכשיר הנקרא פוטנציוסטט המחובר למחשב ניידבריכה לגידול אצת האולבה בחיא"ל. משאבה שואבת מים מהים הסמוך אל תוך הבריכה וממנה אל הים. התא הביו-אלקטרוכימי נמצא בתוך הבריכה. כשאצות האולבה הנישאות בזרם מי הים מתנגשות באלקטרודה נוצר זרם חשמל. מדידת זרם החשמל נעשית באמצעות מכשיר הנקרא פוטנציוסטט המחובר למחשב נייד
בריכה לגידול אצת האולבה בחיא"ל. משאבה שואבת מים מהים הסמוך אל תוך הבריכה וממנה אל הים. התא הביו-אלקטרוכימי נמצא בתוך הבריכה. כשאצות האולבה הנישאות בזרם מי הים מתנגשות באלקטרודה נוצר זרם חשמל. מדידת זרם החשמל נעשית באמצעות מכשיר הנקרא פוטנציוסטט המחובר למחשב נייד
(צילום: דוברות הטכניון)
מלבד זאת, הוא הוסיף, כי 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.
פרופ' נעם אדיר פרופ' נעם אדיר צילום: דוברות הטכניון
לשימוש באצות ים לייצור חשמל יתרונות רבים. הן גדלות במהירות ואפשר לגדל אותן בים או במתקנים ביבשה, כמעט ללא צורך במים מתוקים ובאדמות חקלאיות.
שיטות לייצור אנרגיה נחלקות לשתי קטגוריות כלליות: המזהמות ביותר הן טכנולוגיות Carbon positive, הכרוכות בתהליכי שריפה ופליטת פחמן, פוגעות באטמוספרה ותורמות להתחממות הגלובלית; וטכנולוגיות Carbon neutral, למשל תאים סולריים, שפעילותן אינה כרוכה בפליטת פחמן (אם כי הייצור והשינוע שלהן אכן מזהמים).
ד"ר אלוארו ישראלד"ר אלוארו ישראלצילום: דוברות הטכניון
השיטה החדשה שמציגים חוקרי הטכניון מייסדת למעשה קטגוריה חדשה: Carbon negative. לא זו בלבד שהיא אינה כרוכה בפליטת פחמן; בתהליך הפוטוסינתזה נספג פחמן ונפלט חמצן - תהליך התורם לאטמוספרה. מלבד זאת, השימוש באצות לייצור חשמל בדרך זו אינו פוגע בקצב גידול האצה ולכן מאפשר שימוש מקביל בה לצרכים אחרים בתעשיות המזון, הרפואה והקוסמטיקה.
יניב שלוסברג יניב שלוסברג צילום: דוברות הטכניון
חוקרי הטכניון בנו אבטיפוס ראשוני של תא אלקטרוכימי המציג את הטכנולוגיה האמורה. לדברי פרופ' אדיר, "באמצעות האבטיפוס הדגמנו הפקת כמויות חשמל משמעותיות ישירות מאצות ים. אנו מאמינים כי שכלולים נוספים של השיטה יגבירו עוד את ייצור הזרם החשמלי ויסללו לראשונה את הדרך לפיתוח פתרונות עתידיים לייצור אנרגיה ירוקה בתאים ביו-אלקטרוכימיים".