כסף גדול מננו חלקיקים

בחודשים האחרונים החלו כתריסר חברות בתחום הננוטכנולוגיה למכור מוצרים חדשניים, כשאחדות מהן אפילו עברו את רף מיליון דולרים במכירות * מאגד (קונסורציום) NES שיאגד את חברות התעשיה והחוקרים באקדמיה מיועד לפיתוח משותף של אפליקציות מובילות תוך שימוש בננו צינורות

הכתבה פורסמה במגזין תעשיות

במשך העשור האחרון נשמע תחום הננוטכנולוגיה כמדע בדיוני. בסדרת ראיונות שערכנו לקראת כנס ננוטכנולוגיה 2009 שיערך במרץ בירושלים, מסתבר שרכיבים שבקושי רואים במיקרוסקופ אלקטרונים משמשים כאבן יסוד לתעשיה שלמה, ואפילו יש כבר כמה חברות ישראליות שמתמחות בכך ומוכרות במיליונים, ויש גם מאגד חדש למגנ”ט בשם NES Nanotubes Empowerment Solutions)) שיעסוק בפיתוח ננו צינורות שיהוו את הבסיס לתעשיה של עוד עשור או שניים, והמפתיע ביותר הוא שכל החומרים הננומטריים הללו משולבים בין היתר בתעשיות הכימיות המסורתיות, ובעצם משפרים בשלב זה מוצרים קיימים, ועוד הערה חשובה – נכון לעכשיו מדובר בשילוב חומרים ננומטריים פאסיביים בתעשיה, אך העתיד טומן בחובו גם מכונות ננומטריות, שיאפשרו פיתוח מוצרים שאפילו אי אפשר לתאר.

ננוטכנולוגיה הינו שם כולל למשפחה מאוד רחבה של יישומים ושליטה בחומרים בגודל של החל מננומטר אחד (מיליארדית המטר) ועד מאה ננומטר. מספר התחומים השונים רחב מאוד והוא מכיל בתוכו בין השאר: פיזיקה יישומית, כימיה של חומרים ופולימרים, כימיה סופראמולקולרית ועוד. למעשה נוכל בעתיד לבנות כל יישום מאקרוסקופי בממדים ננומטריים ונוכל לקבל חומרים מעוצבים ננומטרית – חזקים יותר, קלים יותר, קשים יותר, בעלי יכולת תיקון עצמית, ובטוחים יותר ובעלי יכולת שיכפול עצמי; ננואלקטרוניקה, אלקטרואופטיקה, ומגנטיות; ננו-רפואה: טיפול ודיאגנוסטיקה רפואית; תהליכים ננומטריים הקשורים לאיכות הסביבה (למשל פירוק אשפה); שימור ואגירת אנרגיה; חלליות זעירות למחקר ולניצול החלל; חיישנים ביולוגים לגילוי מחלות מדבקות ואיומים ביולוגים; יישומים לתעבורה בטוחה וזולה; יישומי ננוטכנולוגיה לביטחון לאומי.

רפי קוריאט מנכ”ל חברת קורל ביזנס בע”מ הפועל בן השאר במסגרת INNI, העומד בראש הקונסורציום המתהווה, אומר כי באקדמיה הישראלית נוצרו בשנים האחרונות כ-300 מחקרים פורצי דרך, וכי בתחום פועלות לא פחות מ-70 חברות (מתוכן 12 התחילו למכור, אחדות מהן אפילו במיליוני דולרים).

לדבריו, הרקע בתחום הננוטכנולוגיה בישראל מעמיק. גודלה הקטן ומגבלותיה הפיננסיות מציבות בפני ישראל אתגרים רציניים, אך מנהיגי האקדמיה, הממשלה והמגזר העסקי הכירו בננוטכנולוגיה כפלטפורמה להבטחת המשך המצוינות של ישראל במחקר ופיתוח בעשורים הבאים. “ננוטכנולוגיה היא מדרגה טבעית להתפתחות המשק הישראלי. למעשה הגודל הקטן שלנו והאפשרות למקד השקעות, מיעוט חסמים מסחריים, אפשרות לבניה מהירה של אבי טיפוס ובחינת המערכות ורמת אבטחת איכות גבוהה. ההצלחה של ישראל בתחומי ההייטק רומזת על הצפוי לנו בעידן הננוטכנולוגיה.

“הסיבה שבכלל התחום הופך להיות חם היא בשל היותו תחום אסטרגי – כשעוברים מתחום של מיקרו (למשל מיקרו אלקטרוניקה ) לננו התחום הופך להיות אטרטקטיבי מכמה בחינות. הננוטכנולוגיה מאפשרת יצירה של חומרים חדשים בעלי תכונות מיוחדות שמסוגלות לפתור בעיות שתעשיית המיקרו לא יכלה להתמודד איתן. היא גם נוקטת בשיטת בניה הפוכה. במקום לבנות דברים מלמעלה למטה בונים מלמטה למעלה – מתחילים עם רכיבי ננו ומגיעים לדברים הגדולים. ישנם מספר תחומים שהם פורצי דרך בתעשיה הזו, שהחלק העיקרי הוא נושא החומרים. חומרים מכל הסוגים ובהם מחפשים תכונות של חוזק, של משקל נמוך, הגנה בליסטית – קשיחות. חומרים שעוזרים לתעשיית הביוטכנולוגיה והביו-רפואה, תחומים בתחום הננואלקטרוניקה – המוליכים למחצה שיורדים לגדלים של ננו ומסוגלים לקבל צפיפות של רכיבים יותר גדולה על משטח – יותר זיכרון, יותר מעבדים כי נכנסים הרבה יותר מעגלים ליחידת שטח. תחום נוסף שבו ניתן יהיה להנות מהננוטכנולוגיה הוא תחום האנרגיה בכלל, ובפרט אנרגיה סולארית, יצירת אנרגיה, ותחום חשוב הוא תחום הסביבה – טיהור מים, זיקוק מים, כל מה שקשור לסביבה.

התחזית היא כי תחום הננוטכנולוגיה יצמח כלכלית ובתוך 5-7 שנים הוא יניב מוצרים בשווי של 1-2 מיליארד דולר ומשם העולם גדול. חמש השנים הקרובות יהיו מאוד קריטיות וכדי שמדינה כמו מדינת ישראל תהיה חלוצה וגם תהיה שחקנית משמעותית, צריכים להשקיע גם ברמה הלאומית, המחקרית והתעשייתית.

לפני מספר שנים הקימו מספר אנשים בכירים ארגון לעידוד נושא הננוטכנולוגיה בארץ שנקרא INNI – Israel National Nanotechnology Initiative.. בין המקימים של האיגוד ניתן למנות את ד”ר דן מידן שהקים את אפלייד מטיריאלס, פרופ' יהושע יורטנר, דן וילנסקי ואחרים שפועלים יחד עם המשרד של המדען הראשי כדי לקדם את הנושא, כולל עזרה בגיוס והכוונת כספים לתחום זה.

כדי לקדם את התחום מבחינה כספית ולא רק מחקרית נבנה מודל משולש – המודל המשולש אומר שאם תורם נותן סכום אקס והאקדמיה מכניסה לקופה סכום זהה , תשלים המדינה ב-X נוסף כך שנקבל הקצאה הספית הממנפת את ההשקעה של כל אחד מהגורמים פי 3. דוגמה לכך היתה הקמת מרכז הננוטכנולוגיה בטכניון – הצליחו להביא תורם, קרן ראסל ברי. הטכניון תרם את אותו סכום והמדינה תרמה את אותו סכום. הסכום הכולל שהוקצה לפיתוח פעילות הננו בארץ על בסיס המודל המשולש הוא 250 מיליון דולר על פני 5 שנים. הכסף הזה מיועד לעידוד וקידם של תעשיית הננוטכנולוגי בישראל- המחקר, הייצור והפיתוח הלאה של תעשיה חשובה זו.”

רפי קוריאט “במסגרת INNI תפקידי הוא לקדם שיתופי פעולה בין אקדמיה לתעשיה – אני עובר בין כל מרכזי הננוטכנולוגיה בארץ ומאתר תחומים אקדמיים שניתן למצוא להם שותף תעשייתי בקרב אחת מהחברות. אם אותו שותף תעשייתי נמצא בתחום שבו עוסק המחקר, ורוצה למנף את פירות המחקר אני משדך בין שניהם. האקדמיה מרוויחה מזה כי היא לוקחת מחקר בסיסי ומעבירה אותו ליישום תעשייתי (עליו תקבל תמלוגים) והתעשיה תקבל מחקר מוביל ותהפוך אותו למוצר.

“בעקבות עבודתי בין החוקרים והתעשייה התברר שתחום חשוב במסגרת הננוטכנולוגיה הוא הצורך בהכנת תשתית טכנולוגית בסיסית שתשמש את האקדמיה והתעשיה כאחת. חלק חשוב בתשתית זו הוא תחום הננו צינוריות שהוא תחום חוצה גבולות בננוטכנולוגיה. בשיתוף עם פרופ' יכין כהן מהפקולטה להנדסה כימית בטכניון ובעידודו של דן וילנסקי החלטתי לקחת על עצמי את הקמת המאגד במסגרת מגנ”ט. ננו צינוריות כשמן כן הם צינוריות בגודל ננומטרי שבאמצעות הוספה של הננוצינוריות לחומרים אחרים ניתן לשנות תכונות של אותו חומר ולקבל חומר חדש בעל מבנה ותכונות מיוחדות. אפשר להקשיח פלסטיק, להכניס למתכת ולהוריד משקל משמעותית, להכניס לחומר מתכתי וליצור שקיפות . זו בהחלט טכנולוגיה בסיסית שאם נפתור את החסמים ואת צווארי הבקבוק הטכנולוגיים נוכל לייצר חומרים חדשים בעלי תכונות משופרות פי 10 מאשר לחומרים הקיימים היום.”

במסגרת המאגד מתארגנים כעת כ 15 חברות פוטנציאליות ועוד כ-25 חוקרים מהמוסדות להשכלה גבוהה במטרה לפתור את הבעיות הטכנולוגיות של שימוש בננוצינוריות לאפליקציות רחבות כולל אפליקציות של הורדת משקל חומרים, הגדלת חוזק, מיגון בליסטי, תכונות אלקטרו-אופטיות – שקיפות או עכירות, תכונות של מוליכות או חצי מוליכות באמצעות שילוב של ננוצינוריות במטריצה מסוימת עם חומר מסוים ועוד. התקדמות זו תיתן קפיצת מדרגה לתעשייה שלמה.”

“חזון המאגד הוא פיתוח טכנולוגיות חיוניות המאפשרות שימוש בננו צינוריות פחמן ואחרות לאפליקציות נבחרות ופורצות דרך, המובילות לקפיצת מדרגה ישראלית במעטפת התכונות והביצועים. מטרות המאגד הן: זיהוי התחומים והאפליקצית הנשענות על טכנולוגיית הננו צינוריות ובעלי סיכוי סביר ליישום תעשייתי מוביל; איתור והתגברות על החסמים וצווארי הבקבוק הטכנולוגיים בדרך ליישומים רלוונטים; הגדרת מקורות חומר הגלם העולמיים ויצירת שת”פ לאספקה שוטפת; שיתוף פעולה אקדמיה – תעשייה : הגדרת תוכניות מחקר מובילות , מדגימים וקבוצות עבודה לצימצום ופתרון הפערים הטכנולוגים; הגדרת סטנדרטים לבטיחות ורגולציה מתאימים להחדרת הטכנולוגיה ליישומים תעשייתים וחבירה לועדות תקינה בינלאומיות בתחום הננו צינוריות

שומרים על המנוע

אחת החברות ששמה נקשר בשנים האחרונות עם ננוטכנולוגיה היא חברת הסטארט אפ הישראלית אפנאנו מטיריאלס (ApNano Materials), המפתחת ציפויים וחומרי סיכה (NANOLUB ) המבוססים על חלקיקים ננו מטריים. ד”ר מנחם גנוט, מנכ”ל החברה, מעריך שוק חומרי הסיכה מגיע לכ-40 מיליארד דולר, והיקף המכירות של אפנאנו עצמה צפוי לדבריו עשוי להגיע למאות מיליוני דולר.

בשיחה עם “תעשיות” אומר ד”ר גנוט: “יש לנו כבר מוצר שנמכר בתחנות דלק של סונול – תוסף לשמני מנוע ובקרוב עומד גם להימכר מוצר נוסף – תוסף לשמני הממסרים (הידועים בשמם העממי גירים). בנוסף, מוכרת החברה באורח אינטנסיבי את חומרי הסיכה היבשים שלה המבוססים על ננוטכנולוגיה כחומרים עצמאיים, וכשיפור של 'גריזים' ושמנים קיימים.

החברה, שלה משרדים ברחובות, גייסה 3.5 מיליון דולר ממשקיעים אירופים ופונה לתחומים חדשים – ציפויים הרפואיים וציוד מיגון. הגיוס האחרון בוצע לפי שווי של 38 מיליון דולר לאחר הכסף. עד כה החברה גייסה 12.5 מיליון דולר. “השלמנו הגדלה של הייצור. אנחנו מוכרים בכל רחבי העולם חומרים המשמשים להורדת החיכוך לתעשיות שונות. המסר שלי הוא שההננוטכנולוגיה היא לא רק משהו שיפה להתהדר בו שעושה נשיאנו, שמעון פרס, אלא כתחום תעשייתי מעשי שהגיע לקרקע ונמכר עכשיו לכל דכפין.”

“מסתבר שהחומר החדש נמכר גם ללא פרסום מסודר.” הוסיף גנוט. “הספיקה כתבה אחת בידיעות אחרונות כדי לשלוח את האנשים שביקשו לשמור על המנוע שלהם לתחנות סונול והמוצר נמכר בצורה בלתי רגילה. ננוטכנולוגיה בעולם זה הייפ שאנחנו לא מתייחסים לזה כאל הייפ אלא כמוצר שבמקרה מבוסס על ננוטכנולוגיה, אלא מוצר שעובד כמו כל כימיקל. בגלל שהוא ננו הוא חומר שבהחלט מתאים לתפקיד שלו להורדת חיכוך ושחיקה כי הוא מסוגל להכנס בין החלקים הקטנים ביותר של המכונות. מאות מיליארדי דולרים מתבזבזים בעולם בגלל חיכוך שלא לצורך.אם נשפר את ביצועי המנוע בכמה אחוזים נגיע לשיפור בצריכת דלק, נפחית פליטת מזהמים ונשפר את המאזן האקולוגי.”

גנוט היה חלק מקבוצת המחקר של פרופסור רשף טנא שפעלה במכון וייצמן, ועל סמך מחקר שערך באותם ימים בחומר טונגסטן די סולפיד (לגידול תאים סולאריים), גילה מבנים כימים חדשים – פולרנים. מחקר של פרופ' רשף ב-1996 גילה כי הפולרנים יכולים לשמש כחומר סיכה. החומר מבוסס על חלקיקים בעלי צורה של כדוריות בגודל ננו מטרי (מיליונית המילימטר), המבצעים את פעולת הסיכה באמצעות גלגול, בדומה למיסבים כדוריים. אפננו היא עד היום גלגול של אותו מחקר, מה שהופך את מכון ויצמן לאחד השותפים בחברה באמצעות חברת ידע מחקר ופיתוח (הזרוע המסחרית של מכון ויצמן), המשקיעים הפיננסיים הם בחברה הם קרן ההון סיכון ניוטון טכנוטלוג'י ונצ'רס,),וכן שותפים בה גם AYYT, הזרוע המסחרית של המכון האקדמי הטכנולוגי בחולון, חברת אקסלירייט (Accelerate) ומשקיעים אירופיים פרטיים.

לדברי גנוט, לאחרונה השיגה ApNano Materials פריצת דרך עולמית בייצור חלקיקים דמויי צינורות דקים בגודל ננומטרי (nanotubes) . פריצת הדרך מאפשרת לייצר חלקיקים אלו בכמויות מסחריות. החלקיקים עשויים מהחומר tungsten disulfide.

התהליך המיוחד שפותח לראשונה במכון ויצמן ושוכלל בחברה, מאפשר לייצר ננו צינוריות מ- tungsten disulfide שהינם “בולמי הזעזועים” הטובים בעולם.בגלל תכונה זו החומר החדש הוא אידאלי לייצור אפודי מגן אישיים, שריון של כלי רכב, מגינים, קסדות, פגושים לרכב ומיגוון של אמצעי מיגון נוספים. החלקיקים היחודיים חזקים פי 4-5 מפלדה ופי 6 מקוולר, אחד החומרים הפופולריים כיום לייצור אפודי מגן.

תחום הסינתיזה של nanotubes העשויים מ-tungsten disulfide ומחומרים אנאורגניים נוספים נחקר ב-16 השנים האחרונות ע”י פרופ' רשף טנא ממכון וייצמן כאשר הייצור היה בכמויות זעירות. על בסיס הידע שנצבר במכון וייצמן בנתה ApNano Materials את מיתקן הייצור היחודי, הממוקם ביבנה, אשר מאפשר ייצור של החלקיקים בכמויות מסחריות. אהרון פוירשטיין, יו”ר מועצת המנהלים של Apnano Materials , מציין כי החלקיקים דמויי הצינורות הדקים פותחים בפני החברה שווקים חדשים עם פוטנציאל של הכנסות ניכרות.

פיוזים בקילו (למבדה)

משה אורון מדען ראשי בחברת קילולמבדה אומר כי בשנים האחרונות הושקעה כמות אדירה של כסף בישראל במחקר בננוטכנולוגיות. הוקמו מרכזים רבים גם טכניון גם באוניברסיטת תל אביב, גם בירושלים וגם הרבה כסף הושקע במחקר בננוטכנולוגיה מתוך ידיעה או מחשבה שהתחום הזה שהוא חדש לחלוטין יפתור הרבה בעיות שלא היו פתירות. מאותם מחקרים אין עדיין מפעלים גדולים שמייצרים אבל יש התחלות.

“אחת מהחברות שבה יש התחלה זו קילולמבדה. החברה נולדה ב-2001 וכוונתה באותה תקופה היתה לייצר מרכיבים לתעשיית התקשורת שמבוססים על ננוטכנולוגיה. כזכור לכולנו בעקבות התנפצות בועת האינטרנט התרחש משבר. לפיכך ערכנו כמה שינויי כיוון שהביאו אותנו לסל מוצרים בתחום התקשורת והסיבים וגם בתחומים אחרים, וכולם בטכנולוגיות ננו.”

“בקילולמבדה המצאנו שני אביזרים לתקשורת סיבים – אחד מהם הוא הנתיך האופטי הפאסיבי שמפסיק את פעולת העברת האור בסיב כשהעוצמה גדולה מדי ועלולה לסכן את הסיב. והמוצר השני הוא המגבל האופטי – המגביל את כמות האור העוברת בסיב לכמות מסוימת. שני הרכיבים הללו מופצים בעולם בעזרת שיתוף פעולה שיש לנו עם שתי חברות גדולות – ניופורט שמפיצה אותנו במעבדות והשניה מולקס – ספקית גדולה של סיבים אופטיים המוכרת את מוצרנו כחלק מהחבילה הכוללת שהיא מציעה ללקוחותיה. בנוסף, לחברה מערכות להגבלת אור במתקני תצפית אופטיים, במיוחד להגן בפני פגיעת לייזר אקראית.”

“קילולמבדה חוברת לקונסרציום NES מתוך מגמה לשבח את המבנים הננומטריים שלה בעזרת ננו צינורות.” מסכם אורון.

שוברים את הקרניים

בשיר הפטנטים של אורי זוהר (מילים:חיים חפר) מסופר על תריס: “הוא נפתח עם סבוב הידית ימינה; הוא נוסע על גלגל ונוסע על שינה; לתריס הזה שלושה סוגים של צלליות; התריס הזה שובר קרנים אולטרה סגוליות; תפסיק לשבור את הקרנים”.

בחברת חניתה ציפויים מוכרים כיום את הגרסה המודרנית של התריס הזה – ציפוי לזכוכיות מחומר מתכתי ננומטרי, המעביר את אור השמש אך דוחה חלק מהחום והאור. החומר עצמו משווק בצורת יריעות וסרטים המודבקים על החלונות של מכוניות ובתים.

יואש כרמי, מדען בכיר בחברת חניתה ציפויי, ופיסיקאי במקצועו אומר לתעשיות: “בגלל הגודל הקטן שלהם אחת התכונות המעניינות של חלקיקי הננוטכנולוגיה היא שהם לא מפזרים אור, האור עוקף אותם, אנחנו משתמשים בתכונה הזו כדי לצבוע את היריעות ששמים על חלונות בכל מיני צבעים. הצבעים באים מחלקיקי הננו אבל המיוחד בזה בניגוד לחלקיקים יותר גדולים. אם היינו שמים חלקיקים גדולים יותר האור היה הופך לחלבי בגלל פיזור פיגמנטים. כשזה ננו מקבלים את הצבע אבל היריעה או הציפוי לא הופכים לחלביים אלא נשארים שקופים.”

החלופה הלא ננומטרית, כלומר המצב כיום בשוק היא שצובעים את היריעות בצבעים על בסיס אורגני. חומרים אלה דוהים בשמש מאוד מהר ומאבדים את הצבע או משנים אותו. חלקיקי הננו הם חלקיקים מתרכובות מאוד יציבות ולכן לא נוצרת דהיה של הצבע. כל מה שצריך הוא לצבוע את הסרטים של החלונות בצבעים הננומטריים שאינם דוהים.”

האם מדובר במוצר בפיתוח?

כרמי: “זה כבר מוצר מסחרי, אנחנו מייצרים את זה בכמויות גדולות ומייעדים אותו לשווקים נוספים. במסגרת הקונסורציום התחום שאנו עוסקים בו הוא של ציפויים מוליכי חשמל שקופים לחלוטין. כך נוכל לבנות אלקטרודות שקופות וגמישות. באלקטרודות שקופות מסוג כזה משתמשים למשל במסכי ה-LCD, במקרה זה על לוחות זכוכית. אבל יש הרבה שימושים בהתקנים אלקטרוניים, ולמעשה בכל מקום שבו צריך שטח גדול מוליך חשמל ושקוף. נוכל בין היתר לשלב בין שכבות השמשה הקדמית של הרכב חוט חשמלי לחימום והפשרת אדים וקרח (Transparent Heaters). מכיוון שמדובר בחלון הקדמי הוא חייב להישאר שקוף, ורק הננוטכנולוגיה יכולה להבטיח זאת.

ננוטכנולוגיה – זהירות תמנע יצירת בועה