מחקר ישראלי חדש בדק את האפשרות לייצר דלק אתנול טבעי מגזם עצים ומפסולת חקלאית וחזר עם תוצאות מבטיחות מאוד
רחלי ווקס, זווית – סוכנות ידיעות למדע ולסביבה
צמחים נותנים לנו מזון, צל ונוי ותורמים רבות לאיכות החיים שלנו. עם זאת, במהלך השימוש בצמחיה נוצרת פסולת רבה, בין אם מדובר בשאריות מגיזום העצים בערים או בחלקים של הצמח שאין בהם צורך בחקלאות. דרכי הטיפול בפסולת זו כיום רחוקות מלהיות אידיאליות, והן גורמות במקרים רבים לנזקים לסביבה. במחקר ישראלי חדש מוצגת דרך חדשנית להפיק תועלת מהשאריות הצמחיות, שכוללת את הפיכתן מפסולת שאין בה שימוש לאחד מהמוצרים המבוקשים ביותר כיום: דלק לכלי רכב.
330 אלף טון בשנה
“בישראל נוצרת מדי שנה כ-330 אלף טון פסולת חקלאית צמחית”, אומר ד”ר יורם גרשמן מהחוג לביולוגיה וסביבה באוניברסיטת חיפה-אורנים, שהוביל את המחקר החדש. “כיום, החקלאים בעיקר שורפים את הפסולת, כי הם לא רוצים לבזבז עליה כסף. זה קל, ואני מאוד מבין אותם, אבל זה לא פתרון”. לדבריו, שריפת הפסולת גורמת לזיהום אוויר רב ועלולה לגרום לשריפות. במקרים אחרים מכרו חקלאים את הפסולת לייצור פחמים ברשות הפלסטינית, שם מתבצע התהליך תוך יצירת זיהום אוויר משמעותי מאוד.
במחקר החדש נבדקה האפשרות להשתמש בפסולת הגזם לייצור אתנול: האלכוהול שמוכר לנו ממשקאות חריפים, שבו ניתן להשתמש גם כדלק ביולוגי. אחד מיתרונות השימוש בביו-אתנול, ובדלקים ביולוגיים באופן כללי, הוא הפחתת התלות בדלקי מאובנים: פחם, נפט וגז טבעי, שמאגריהם הולכים ומידלדלים ללא יכולת התחדשות ושהשימוש בהם יוצר פליטות נרחבות של גזי חממה (כגון פחמן דו-חמצני) שמגבירים את הקצב של שינוי האקלים העולמי.
עם זאת, הדעות לגבי היעילות הסביבתית של האתנול חלוקות, והוא לא חף מחסרונות. חסרון אחד כזה הוא הצורך בשימוש באדמות חקלאיות למטרה שאינה גידול למאכל: במדינות שונות מגדלים דגנים וצמחי מאכל נוספים (בעיקר תירס וקנה סוכר) במיוחד עבור הפקת אתנול, תופעה שמחריפה את המחסור העולמי במזון ומעלה את מחירו. בישראל הקטנה, שבה גם ככה יש צורך לייבא את הרוב המוחלט של גרעיני הדגנים שנצרכים, לא קיימת כיום תעשיית אתנול. שימוש בפסולת צמחית, לעומת זאת, יאפשר ייצור אתנול ללא בזבוז שטחים חקלאיים. “המטרה היא לקחת פסולת צמחית, שקיימת בכל מקרה, ולהפוך אותה לדלק במקום לנסות להיפטר ממנה”, אומר גרשמן.
אחד מיתרונות השימוש בביו-אתנול, ובדלקים ביולוגיים באופן כללי, הוא הפחתת התלות בדלקי מאובנים: פחם, נפט וגז טבעי, שמאגריהם הולכים ומידלדלים ללא יכולת התחדשות והשימוש בהם יוצר פליטות נרחבות של גזי חממה (כגון פחמן דו-חמצני) שמגבירים את הקצב של שינוי האקלים העולמי. תצלום: markus spiske – unsplash
מחסום פיזי לייצור האתנול
חומר צמחי עשוי משלושה מרכיבים: צלולוז (תאית), המיצלולוז וליגנין, כשהצלולוז, שמהווה כ-50-38 אחוז מהרכבה של הפסולת החקלאית, הוא הרלוונטי לייצור אתנול. לשם כך, יש לפרק את הצלולוז לסוכרים, להתסיס אותם בעזרת שמרים, ולזקק את האתנול מהתערובת שנוצרת.
הקושי העיקרי בהפקת האתנול טמון בליגנין, המרכיב שמדביק את מרכיבי הצמח זה לזה ומעניק לו קשיחות. הליגנין מהווה מחסום פיזי עבור האנזימים – החלבונים המזרזים שמפרקים את הצלולוז לסוכרים, והוא גם נקשר לאנזימים אלה וכך מעכב את פעולתם.
לכן, על מנת לייצר אתנול מחומר צמחי יש צורך להסיר את הליגנין, באמצעות טיפול מקדים מורכב ויקר. במדינות כמו ארצות הברית, ייצור האתנול מתבצע במפעלים גדולים שמתמחים בגידולים ספציפיים (כמו תירס). אל מפעלים אלה מגיעות כמויות אדירות של פסולת חקלאית מהשדות הרחבים הרבים שבמדינה והם פועלים 24 שעות ביממה – כך שהיקף הפעילות האינטנסיבי הופך את ההשקעה בטיפול המקדים בליגנין למשתלמת. החקלאות הישראלית, לעומת זאת, שונה מאוד מהאמריקאית: השדות החקלאיים בישראל הם קטנים יותר ומגוונים הרבה יותר. לכן, האפשרות של מפעלי אתנול גדולים שיתמכו בגידול ספציפי לא רלוונטית לישראל.
פשוט, נקי ויעיל
המחקר החדש נערך בשיתוף עם פרופ’ הדס ממן מאוניברסיטת תל-אביב ובהשתתפות הסטודנטים רועי פרץ ויאן רוזן, ומומן על ידי המדענית הראשית במשרד להגנת הסביבה. במחקר נבדקה האפשרות לבצע בישראל טיפול מקדים בליגנין בעזרת אוזון: אותו גז שמוכר לנו משכבת האוזון ושמורכב משלושה אטומי חמצן. ניתן לייצר את האוזון מאוויר, בתהליך פשוט שמתבצע באמצעות מכשיר קטן יחסית ונייד שנקרא אוזונטור, ללא שימוש בחומצות מסוכנות (כפי שנדרש בתהליכים אחרים). בטיפול המקדים שבחנו החוקרים, שנקרא אוזונציה, מוסף האוזון לפסולת החקלאית בתוך מים. האוזון יוצר רדיקלי הידרוקסיד (הרדיקלים החופשיים הם מולקולות או אטומים פעילים מאוד, שנוטים להרוס קשרים יציבים שקיימים במולקולות אחרות). רדיקל זה מאופיין ביכולת חמצון מהגבוהות ביותר לפירוק של מזהמים אורגנים מחד ובאורך חיים קצר מאידך ומתפרק מהר במים. לכן נוצרת בתהליך כמות אפסית של פסולת רעילה (אם בכלל), זאת בניגוד לטיפולים המקובלים כיום.
במהלך המחקר בדקו החוקרים את השפעת תהליך האוזונציה על חומצה גאלית וחומצה טאנית – שני חומרים שמדמים את תכונותיו של הליגנין (כאשר חומצה טאנית היא בעצמה מעכב מוכר של אנזימי הצלולאזות), וכן על גזם עירוני גרוס (בעיקר שאריות עצים). הם מצאו שאוזונציה קצרה מסירה בצורה יפה את הליגנין, ומשפרת משמעותית את היכולת לייצר אתנול מחומר צמחי.
שריפת הפסולת גורמת לזיהום אוויר רב ועלולה לגרום לשריפות. תצלום: brian breeden – unsplash
מפעל קטן במכולה
לדברי גרשמן, הממדים הקטנים של המכשור הנדרש והעלות הנמוכה של השיטה יאפשרו לבצע אותה ללא צורך בבניית מפעל גדול. “נוכל להרכיב מפעלון קטן בתוך מכולה או שתיים ולקחת אותו לשטח”, הוא אומר. “במקום להוביל פסולת – נוביל את המפעל”. פשטותו של התהליך תאפשר לשנות את הפרמטרים שלו בקלות בהתאם לגידול הספציפי שבו מטפלים, וכך לטפל במגוון גדול של פסולת צמחית.
קיימים כיום מנועי כלי רכב שמתודלקים באתנול, אבל גם מנוע בנזין רגיל יכול לפעול כרגיל כשהוא מתודלק בדלק שמכיל עד 10 אחוז אתנול. לדברי גרשמן, מכמות הפסולת החקלאית הצמחית שנוצרת בישראל מדי שנה, שעומדת כאמור על 330 אלף טון, ניתן יהיה להפיק אתנול בכמות שתספיק להמרת כל שוק התחבורה הישראלי ל-10 אחוז אתנול.
גרשמן וצוותו חוקרים כעת את השפעת האוזונציה על כמויות גדולות של פסולת חקלאית, במטרה להחיל את התהליך בקנה מידה רחב. על מנת לעשות זאת הם זקוקים, כמובן, למימון. “לא מדובר בסכום עתק”, מסכם גרשמן. “כך נוכל לקחת לשטח חצי מכולה או מכולה, לנסוע אתה במשך חודש בעמק יזרעאל או בעמק החולה, לאסוף פסולת, ולבחון ולפתור את הבעיות שיעלו בזמן אמת”.
עוד בנושא באתר הידען:
4 תגובות
חבל על הזמן, העבודה וקצב הייצור של הקציר והכנת הדלק.
הצעתי להם מזמן פתרון עדיף [לדעתי] אני יכול לקצור הת הצמח מכמויות. להקמיל/לייבש אותו על החוף. לאחר מכן להעביר אותו בגזיפיקציה ויתקבל בסוף סולר. נראה לי בשלוש שנים ניתן נקות האגם.
יפה , חשוב ומענין ,
בקניה יש מיזם לייצור דלק מ ״water hyacinth ״ ( Eichhornia crassipes)
https://allafrica.com/stories/201812190433.html
הצמח (הפולש מדרום אמריקה) סותם את אגם וויקטוריה,
גורם חנק לדגים ולירידת מפלס המים,
הרווח הוא כפול ״שתי צפרים במכה״,
פעם מהוצאת הצמח מהאגם
ופעם מייצור הדלק,
אחרי יבוש וקיצוץ , ע׳י שימוש באנזימים , חומצות
והתססת התערובת ובישולה
מתקבלים : אתנול , מתאן ודת׳ף,
בלי עמילן ובלי אוזון מייצרים דלק שנמכר כבר היום
ליותר מ500 משפחות …
יש בעיות רבות מאוד בפרסום הזה – הנה הארבע העיקריות:
1. רעילות: אוזון הוא חומר מסוכן והוא רעיל יותר מהחומצות בשימוש כיום. כיצד ניתן להגן על החקלאים (אני מניח שרובם אינם כימאים) במקרים של תקלה או שימוש לא נכון באוזונטור, בייחוד כאשר הם ייצרו כמויות גדולות של אוזון? האם הם אמורים להסתובב עם משקפי מגן, מגיני פנים, כפפות עבות וציוד ניטרול מסובך בכל פעם שיתחילו לייצר את האתאנול בתוך החוות שלהם? האם ניידות חומרים מסוכנים יצטרכו להגיע לכל אתר של ייצור האתאנול הביולוגי הזה למניעת שחרור אוזון לא מבוקר ו/או ניטרול סכנת הרעלה?
2. את האוזון יש לבעבע לתוך תמיסות שבהן יש עמילן – הרי לא ניתן סתם ליצור אווירה עשירה באוזון בתאים ענקיים בנוכחות הגזם; לשם כך יזדקקו החקלאים להוסיף חומצות חזקות לגזם שלהם – אז היכן בדיוק מופיע החיסכון המוצע בשימוש בחומרים רעילים ומסוכנים?
3. כאמור בכתבה, את האוזון יש לבעבע לתוך תמיסת העמילן – אבל קודם לכן יש להפריד בין העמילן לשארית הכימיקלים בתמיסה; בכתבה מודגש שהעמילן מהווה לכל היותר כ-50% מכלל החומר ההתחלתי – אז כיצד החקלאים (שכאמור אינם כימאים) יבצעו את המיצוי? ובאיזה כימיקלים נוספים הם ישתמשו?
4. בהמשך לסעיף 3: כיצד יבודד האתאנול משאר התוצרים בסיום תהליך האוזוניזציה (שהוא החימצון+פירוק של החומר הביולוגי)? הרי תהליך המיצוי/זיקוק חייב להיות יעיל בכמויות מסחריות! האם זה אומר שיש צורך בשימוש נוסף של חומרים אורגניים? ובהמשך התהליך – כיצד בדיוק ישנעו ברחבי מדינת ישראל תוספת של עוד 300,000 טונות בשנה של חומרים דליקים ורעילים (גם הנתון הזה מופיע בפרסום)?
לסיכום: המחקר אמנם יפה, אך היישום שלו נראה ממש בלתי אפשרי בעתיד הנראה לעין.
יפה , חשוב וטוב,
יש מיזם דומה בקניה לייצור מתאנול מ״water hyacinth ״ (Eichhornia crassipes)
https://allafrica.com/stories/201812190433.html
וכך ״צדים שתי צפרים במכה״ ,
– 1 – הצמח הפולש גורם נזקים קשים באגם וויקטוריה
בכך שהוא מכסה חלקים נרחבים מהאגם , מונע תנועת סירות,
חונק את הדגים וגורם לירידת מפלס המים,
– 2 – איסוף הצמח מנקה את האגם ומספק חומר גלם לייצור אתנול…