בדרך לשדה

חוקרים מהטכניון פרסמו בכתב העת Clean Water מקבוצת Nature טכנולוגיה גמישה וסלקטיבית לטיהור מים לצורכי חקלאות. את המחקר, שנערך בתמיכת תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון, הובילו פרופ’ צ’רלס דיזנדרוק מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך, פרופ’ מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות והדוקטורנט אריק גאיס והשתתפו בו הדוקטורנט עמית שוקרון והסטודנט לתואר שני ינקה צ׳ן.

בתרשים, משמאל לימין: מים עתירי מוליכות ועתירי נתרן (חץ צהוב) נכנסים למערכת, ה”שואבת” את הנתרן לאלקטרודה ומספקת מים טובים ובריאים יותר לצנרת המובילה לשדה.

טיהור מים לצורכי חקלאות הוא אתגר טכנולוגי מורכב שחשיבותו רבה במיוחד בישראל, שבה רוב מי השופכין מושבים לצורכי חקלאות ורוב הגידולים החקלאיים בנגב מבוססים על מים כאלה. חוקרי הטכניון מסבירים כי למרות היתרונות שבטיהור ממברנלי של מים – ניקוי באמצעות סינון – שיטה זו אינה מאפשרת סילוק סלקטיבי של חומרים מזיקים כגון נתרן מבלי לסלק חומרים החיוניים לגידול החקלאי. נתרן בכמויות גדולות הוא אחד האויבים של הגידול החקלאי, של איכות הקרקע ומי התהום ושל בריאות האדם. המלחת הקרקע בנתרן גורמת לשורה של נזקים חקלאיים ובהם פגיעה בעלים, היווצרות קרחות בשדה, ובמקרים חמורים הרס הקרקע והשבתתה כקרקע חקלאית.

שני מדדים חשובים בהערכת פוטנציאל הנזק של הנתרן במים הם המוליכות החשמלית של המים וה-SAR – ריכוז הנתרן במים ביחס לריכוזי סידן ומגנזיום. לצמחים שונים יש עמידות שונה ל-SAR, אולם ככלל, ככל שערכו של משתנה זה גבוה יותר, הנזק הפוטנציאלי גבוה יותר. לכן פעלו החוקרים להפחתתם של SAR ושל מוליכות המים, ולשם כך הם פיתחו טכנולוגיה סלקטיבית המסלקת – בניגוד לטיפול באמצעות ממברנות – בעיקר נתרן.

גדולתה של הטכנולוגיה החדשה טמונה כאמור בסלקטיביות שלה – היא אינה מוציאה מן המים מינרלים חיוניים כגון סידן ומגנזיום. מינרלים אלה חשובים לא רק לגידול החקלאי אלא גם לבריאות האדם, ולכן נהוג להוסיפם למים מותפלים.  הטכנולוגיה החדשה מבוססת על CDI ובעברית “קבל יינון”. הקונספט הבסיסי הוא אלקטרודה סלקטיבית ליונים – אלקטרודה שתספח רק את המינרלים הלא רצויים. המים זורמים במערכת בין שתי אלקטרודות תחת זרם חשמלי המושך את היונים שבמים, ועמם את המינרלים, לתוך האלקטרודות, שם הם מוחזקים בתוך חללים ננומטריים (nanopores). זוהי הדגמה ראשונה של תאי CDI המפגינים יכולת לטיהור מבוקר, מדויק ומתמשך של מים מנתרן, וזאת תוך צריכת חשמל נמוכה יחסית (0.38 קוט”ש לקוב מים).

אף שהניסוי במערכת נערך על נתרן וסידן – סילוק הנתרן מהמים והשארת הסידן בתוכם – מדובר בטכנולוגיה גמישה שאפשר להתאימה למינרלים אחרים, בהם מינרלים “טובים” כגון מגנזיום ומינרלים “רעים” כגון עופרת, קדמיום, ארסן ובורון. להערכת החוקרים אפשר יהיה להתאימה גם לצרכים לא חקלאיים, למשל לטיהור מים לטובת שתייה ולהפקת חומרים יקרי ערך (כגון ליתיום לשימוש בסוללות ליתיום יון) מהמים. אף שהמחקר נערך במערכת מוקטנת, הם סבורים שאיכויות הסינון יישמרו גם במערכות מסחריות שייבנו על פי אותו מודל.

למאמר ב- Clean Water מקבוצת Nature לחצו כאן