שתפו‬        

רן בן מיכאל

כור ביולוגי לגידול אצות

בעוד 30 שנה החקלאות העולמית תצטרך להאכיל 10 מיליארד פיות – ולעשות את זה מבלי לפגוע בסביבה. האם צריך לחפש את התשובה לשתי הבעיות האלו מתחת לאור הפנס?

25 באוגוסט 2019



 

חוקרים ומדענים מנסים בשנים האחרונות למצוא פתרון שלם ומספק לשתי בעיות עיקריות של תחום החקלאות: הנזק שנגרם לסביבה כתוצאה מחקלאות (זיהום, דלדול מקורות מים וקרקע, פגיעה במגוון הביולוגי ופליטת גזי חממה שמעצימה את משבר האקלים) והקושי שצפוי להיווצר בעתיד הלא-רחוק להאכיל את אוכלוסיית העולם ההולכת וגדלה.

יישומים חקלאיים חדשים (כמו הדברה ביולוגית), מערכות ייצור משולבות (כמו חקלאות עירונית או חקלאות בתוך שטחים מיוערים), או התערבות גנטית בגידול (למשל זנים עמידים למזיקים) תרמו את תרומתם לעלייה ביבול החקלאי אך לעתים קרובות מדובר בפתרונות חלקיים ואף מעוררי מחלוקת. הביקורת נסובה על עצם הצלחת השינוי (השגת שיפור ביבול או בתזונה) או סביב החשש – שלרוב אינו מבוסס כלל על עובדות – מפני השפעה סביבתית שלילית כמו במקרה של זנים מהונדסים-גנטית (GMO).

גם שינויים מערכתיים, כמו החקלאות האורגנית או האגרו-אקולוגיה, לא קנו אחיזה משמעותית בייצור החקלאי העולמי אף שפגיעתן הסביבתית קטנה בהרבה. בחקלאות האורגנית הסיבה העיקרית היא יצרנות נמוכה יותר ליחידת שטח ומחיר גבוה ולא מקיים של התוצרת ביחס לחקלאות קונבנציונלית ומצד שני חקלאים רבים עדיין מהססים לשלב את השיטות של האגרו-אקולוגיה בגידוליהם. גם אם היישום של שתיהן יתרחב משמעותית תוך צמצום טביעת הרגל הסביבתית של החקלאות, הדבר ככל הנראה לא יאפשר ייצור מקיים של מספיק מזון תוך שמירה על כלכליות הגידול לחקלאים כדי להאכיל אוכלוסייה שעתידה להגיע לכמעט עשרה מיליארד בני אדם ב-2050. פתרונות שיביאו למהפכה יצטרכו ככל הנראה לבוא מחוץ לקופסה.

"קשה לראות כיצד הפתרונות החקלאיים הקונבנציונליים יובילו לשינוי מהותי בהתמודדות עם משבר המזון", אומר ד"ר אסף צחור, לשעבר האחראי על אסטרטגיה וקיימות במשרד להגנת הסביבה. כיום צחור מנהל מחקר ביטחון מזון במרכז ללימודי סיכונים קיומיים וחבר סגל במרכז לביטחון מזון עולמי של אוניברסיטת קיימברידג' שם מבקשים לאתר פתרונות חדשניים ופורצי דרך שיכולים באמת לשנות את המצב. "הפתרונות הקונבנציונליים הנוכחיים לא מתמודדים עם הגורמים המגבילים האולטימטיביים של הייצור החקלאי: מלאי סופי ומוחלט של מים מתוקים וקרקע פורייה".

חקלאות מינימליסטית

על פי צחור, כדי להשיג שינוי דרמטי בחקלאות של משבר האקלים יש להתמודד עם שלושה אתגרים מרכזיים: ראשית, יש לאתר גידול שיתווסף באופן מוצלח לגידולים החקלאיים העיקריים: חיטה, תירס, אורז וסויה כך שיתגבר על מגבלות משאבי הייצור, יגוון את הערכים התזונתיים כולל תוספת חלבון, לא ישען על מגבלות ההנדסה גנטית, ובעיקר שגידולו בהיקף נרחב לא יזיק לסביבה. חקלאות הסויה, למשל, היא גורם עיקרי בבירוא יערות הגשם באמזונס, בין השאר בגלל תפקידה בהאבסת בעלי חיים למשק הבשר. שנית, יש לשפר את היצרנות – בגידולים צמחיים הכוונה היא להתערבות בתהליך הפוטוסינתזה (בעברית, הטמעה) – תוך התגברות על הגורמים המגבילים אותה: זמינות אור, מים, קרקע פורייה, ופחמן. ושלישית, יש לעשות זאת בצורה מקיימת, כלומר הישענות על אנרגיה ממקור אנרגיה מתחדשת שאינו פולט מזהמים וגזי חממה לאטמוספרה.

אור השמש הוא מנוע רב עוצמה, אבל סיבוב כדור הארץ, מזג אוויר, עננות וצל מגבילים את הגעתו לצמחים: שיפור היעילות הטבעית של תהליך הפוטוסינתיזה היא מהלך מתבקש כדי להגביר יצרנות חקלאית: פרויקט RIPE באוניברסיטת אילינוי מבקש להגביר יעילות זו באמצעות התערבות גנטית.

אולם אור הוא הגורם המגביל שעליו קל יחסית להתגבר באמצעים אחרים: הפיכתו של הקנאביס בשנים האחרונות לחוקי (במקומות מסוימים) ולחומר רפואי זמין קידמה את השימוש באור מלאכותי – תאורת LED שהיא יעילה וחסכונית – בבתי גידול סגורים. מים מתוקים מהווים רק 3 אחוזים מהמים בכדור הארץ והם משאב מתכלה, מים מליחים ומלוחים לעומת זאת זמינים כמעט ללא הגבלה. גורם מגביל שלישי הוא קרקע פורייה, אבל החקלאות של השנים האחרונות הראתה כי ניתן לגדל בצורה מוצלחת בגידול הידרופוני או אירופוני, כאשר שורשי הצמח טבולים בתוך מים או חשופים לאוויר (בהתאמה), ללא כל מצע.

מיקרו-אצות, מהן מוכרים למדע עשרות אלפי מינים, הן אורגניזמים שיכולים לשגשג בדיוק בתנאים אלו: אור קבוע, מים מליחים וללא תלות באדמות פוריות. לאצות יש שימושים רבים (כמו מזון ותוספי תזונה לבני אדם, קוסמטיקה, פיגמנטים לצבע, תרופות ועוד) והן גם יכולות לשמש כמקור מזון מצוין לפרות, חזירים, עופות ודגים בחקלאות ימית (כולל שימוש באצות להזנת דגי חקלאות קרניבורים)  ולהחליף אחוז מסוים (בדרך כלל מדובר באחוזים בודדים  בין 10-1 אחוזים מהמזון, תלוי בסוג האצה וסוג בעל החיים) ממקורות החלבון הפחמימות והשומן של אותם בעלי חיים.

צחור וצוותו מבקשים להציע עיצוב חלופי של מערכת ייצור מזון המבוסס על שילוב של ארבע טכנולוגיות ופירסמו לאחרונה את ממצאיהם על מה שנראה כפתרון מעניין ליצור מזון לבע"ח המבוסס על אצות ובעל השפעות סביבתיות שליליות מזעריות, ואולי אפילו להיפך.

חווה לגידול אצות. תצלום: JanB46, Wikipedia.jpg

 

יעילה פי 200

פתרון זה נמצא בהנגיל שבאיסלנד שם מתחברות ארבע טכנולוגיות רלוונטיות למהלך חדשני וייחודי: גידול אצות בפוטוביוראקטורים – מערכות גידול סגורות ומבוקרות (שמוביל חוקר ישראלי אחר, ד"ר יצחק ברזין); תפיסת פחמן מהאטמוספירה של חברה שוויצרית; מערכות LED מתקדמות; והפקת אנרגיה מתחדשת ממקור גיאותרמי. האצות הן הגידול החקלאי שעל פי החוקרים יכול להוות תחליף לחלק מהגידולים העיקריים כמזון לבעלי חיים או לבני אדם, תפיסת הפחמן וטכנולוגית התאורה מעניקות את עיקר התשומות לתהליך פוטוסינתזה והאנרגיה המתחדשת מסוג זה מבטיחה כי לתהליך הייצור תהיה טביעת רגל פחמנית קטנה . מעבר לזה יש צורך במים מליחים, שאינם משאב במחסור ובמעט חומרי הזנה.

השילוב של ארבע הטכנולוגיות הללו יוצר את מה שמכונה "כור ביולוגי". בדומה לכור גרעיני שבו תהליך פירוק האטומים מפיק אנרגיה לאורך זמן ממושך, כאן תשומות בלתי מתכלות מייצרות מוצר: מזון צמחי לבעלי חיים ובעל ערכים תזונתיים גבוהים. בניגוד לכור גרעיני, התהליך הזה יכול להימשך כמעט ללא סוף ויותר חשוב מכך, גם שמביאים בחשבון את מחזור החיים של המערכת כולה וצריכת האנרגיה השוטפת שלה, החותם הסביבתי שלו הוא עדיין חיובי.

"כשבוחנים את מערכת ייצור המזון הנוצרת משילוב ארבע הפלטפורמות הטכנולוגיות הללו, מקבלים מערכת יעילה כמעט פי 200 משימוש בקרקע ומים במערכות פתוחות רגילות או מחקלאות מסורתית בשדה", אומר צחור. "יותר מזה, אנו אופטימיים מאוד לגבי יכולת הצמיחה של המערכת מקנה המידה הניסיוני שלה כעת לייצור בקנה מידה נרחב". כושר הייצור של המערכת מוערך ב-86,000 טון של חומר יבש לקמ"ר (לעומת 400 טון בערך בשדה סויה קונבנציונאלי); כושר ייצור זה יכול להיות מכוון לסוגים שונים של אצות, כאלו שמהוות חלק מתערובת המזון של בע"ח (כמו אלו המיוצרות בה היום) או תזונת בני אדם (כמו ספירולינה) ויכולות להעשיר אותן בחומצות אמינו, חומצות שומן ואומגה 3 או 6.

את הפוטנציאל לגידולם של גידולים חקלאים שצריכת המשאבים לגידולם היא מועטה יש לממש בתנאים הולמים – בעיקר באמצעות שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים וצורך בזמינות של מים מליחים – והוא אינו מתאים לכל מקום; "לכן ישראל אינה המועמדת הטבעית ליישום בעתיד הקרוב", אומר צחור, "בעיקר משום שתמהיל האנרגיה שלה מבוסס בעיקר על מקורות מתכלים ומזהמים. כך, למרבה הצער, משק האנרגיה מגביל את משק המזון". יכול להיות שיישום המערכת הניסיונית שצריכה עדיין לעבור שלב של גמלון (upscaling) לא יהיה כלכלי עבור סוגים מסוימים של משקים חקלאים (למשל במדינות מתפתחות) בשל גודלם, שינוע למקומות רחוקים וכדומה.

צחור ושותפיו למחקר סבורים עם זאת כי התרומה הכוללת של יישום מערכת כזו, שבה המזון המיוצר הוא עדיף מהבחינות הסביבתית והבריאותית, הוא המהלך המבטיח ביותר.


בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-ynet

שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

עקבו אחרי זווית