לסחוט את השמש

חוקרים בטכניון פיתחו משאבת מים ייחודית המופעלת בחום שנאסף מקרינת השמש ללא צורך באספקת חשמל או במקור אנרגיה שאינו חום. המשאבה, הבנויה ממרכיבים פשוטים וזולים, אינה מכילה חלקים נעים ולכן היא זולה לייצור ולתחזוקה. האבטיפוס שנבנה בטכניון מדגים את יעילותה של הטכנולוגיה האמורה, האמורה לאפשר שאיבת מים מבארות באזורים צחיחים ונידחים.

 מימין לשמאל: עידו בן-הרצל, אבישי מאיר, ג׳ואי קאסל, נתן בלנק, פרופ’ גיא רמון, ענבל שגב, פרופ’ יהודה עגנון, פרופ’ מרק טלסניק

אתיופיה היא מדינה חקלאית במזרח אפריקה, ואזורים רבים בה סובלים מבצורת מתמשכת ומהיעדר מקורות מים זמינים. הפרויקט הנוכחי, פרויקט המשאבה האקוסטית, נולד בעקבות “פרס קרן מאורברגר לטכנולוגיות משמעותיות למען אפריקה” שנוסד ב-2019. בסבב הראשון של הפרס זכו שתי קבוצות: האחת, קבוצת חוקרים מהטכניון ומדרום אפריקה: פרופ’ יהודה עגנון, פרופ׳ מרק טלסניק ופרופ׳ גיא רמון מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ופרופ’ לסלי פטריק מאוניברסיטת Western Cape בדרום אפריקה; האחרת, קבוצת חוקרים מאוניברסיטת בן גוריון.

לדברי פרופ’ רמון, “הפרויקט סיפק לנו הזדמנות ייחודית לרתום טכנולוגיות שפיתחנו במעבדה לטובת אוכלוסיית הכפר. היא הובילה למחשבות בכמה כיוונים שונים, למשל טיהור מים או הפקת מים מהאוויר, אבל היה לנו חשוב להבין איזו טכנולוגיה תחולל את השינוי החיובי הגדול ביותר – איפה נמצא האימפקט הפוטנציאלי המרבי. כאן באו לעזרתנו אנשי הסניף הטכניוני של ארגון EWB (מהנדסים ללא גבולות) בראשות פרופ’ מרק טלסניק.”

אנשי EWB ערכו סקר מעמיק בקהילת היעד בצפון אתיופי וחזרו עם תשובה ברורה: הצורך הדחוף ביותר של הקהילה, שפתרונו יתרום תרומה גדולה ביותר לאיכות החיים של תושבי הכפר, הוא שאיבת מים מבארות. לדברי פרופ’ רמון, “מתברר שמרבית הבארות באתיופיה אינן שמישות לחקלאות משום שאין בהן משאבות או שהמשאבות שבהן התקלקלו, ופתרון בהקשר הזה יחולל שינוי דרמטי לטובה.”

אתיופיה, כאמור, היא מדינה חקלאית, והגידול הפופולרי ביותר בה הוא טֵף – צמח ממשפחת הדגנים המשמש להכנת מאכלים שונים ובהם אנג’רה. אתיופיה אחראית לגידול 90% מהטף בעולם. האתגר, אם כן, היה פיתוח משאבה זולה, פשוטה ועמידה שאינה מצריכה מקור חשמל (שאינו זמין במקומות רבים באתיופיה) ולא דלק (שמחירו גבוה מאוד במדינה).

המערכת שפותחה בטכניון מבוססת על מנוע אקוסטי – מנוע שאין בו בוכנות או חלקים נעים אחרים. מנועים כאלה מעסיקים את פרופ’ גיא רמון עוד מתקופת הדוקטורט שלו בטכניון, שאותו השלים בהנחיית פרופ’ יהודה עגנון בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית.

מנועי חום, למשל מנוע הבנזין במכונית, פועלים על דחיסה והתפשטות של גז; בוכנה דוחסת תערובת של דלק ואוויר, ניצוץ מצית את התערובת, וההתפשטות המהירה של הגז דוחפת את הבוכנה חזרה ומניעה את גלגלי הרכב. מנועים כאלה מכילים חלקים נעים רבים, מה שמייקר את ייצורם ואת תחזוקתם.

במנוע האקוסטי אין חלקים נעים. המנוע שנבנה בטכניון נראה מבחוץ כמעין צינור חרוטי המשמש מָהוֹד אקוסטי (acoustic resonator). קצהו הרחב קולט את אור השמש וכך מתחמם הגז שבאותו אזור. הגז החם מתרחב להמשך הצינור, שם הוא מתקרר ומתכווץ. לדברי פרופ’ עגנון, “פעולת סירוגין זו מחוללת אי-יציבות תרמואקוסטית ובמילים פשוטות: גל קול. הגל משמש כאן מעין בוכנה נעה היוצרת שאיבה.”

מהנדס המעבדה, אבישי מאיר, אומר שתהליך התכנון והבנייה ארך כשנה וחצי עד להשלמת האבטיפוס הנוכחי. “בקרוב, אנחנו מקווים, נוכל להדגים את המערכת בשמש מחוץ למעבדה. הרעיון הוא שהמתקן הזה בנוי מרכיבים זמינים וזולים – חלקי רדיאטור, פלסטיק ממוחזר, הצינור העיקרי העשוי מפח פשוט, ועוד. כך אפשר יהיה להרכיב אותו גם במקום נידח ככל שיהיה. החשיבה שלנו מכוונת כעת לאתיופיה, אבל הקונספט הזה ניתן ליישום בכל מקום בעולם, בוודאי במקומות שבהם אין אספקת חשמל סדירה, אבל גם בעולם המערבי.״

יותר מכך, אומר פרופ׳ רמון, “לטכנולוגיה שאנו מפתחים יש שימושים אחרים מלבד שאיבה – קירור (מקררים ומזגנים, שבהם מחליף גל הקול את המדחס), אוורור, ייצור חשמל, הפרדה, טיהור מים ועוד. לכן אנחנו מקווים ומאמינים שהפיתוח הזה יחולל שינוי לא רק בכריסטוס מסאלה אלא במקומות רבים הסובלים מזמינות ירודה של מים וחשמל.”