פינצטה

מאיה פלח

לשתות את הלחות מהאוויר

חוקרים מהטכניון פיתחו פטנט חדש שיפריד ביעילות את הלחות מהאוויר ויהפוך אותה למי שתייה. האם זה יהיה הפתרון למשבר המים בעולם?

25 בינואר 2018

בשבוע האחרון נראה שהגשם נזכר סוף-סוף שאנחנו נמצאים בשיאו של החורף, והואיל בטובו לשטוף אותנו. אבל אף שמחציתו השנייה של חודש ינואר אולי תאזן קצת את הגירעון החמור במשק המים, עוד מוקדם מדי לשמוח: הכנרת עדיין נמצאת הרחק מתחת לקו האדום, והאיום של שנת בצורת חמישית ברצף באזור הצפון עדיין לא הוסר.

לא רק אצלנו סובלים מירידה בכמות המשקעים וממחסור במי שתייה: בקייפטאון שבדרום אפריקה יש משבר מים עירוני חמור מאוד וארגון הבריאות העולמי (WHO) מעריך שבשנת 2025, כמחצית מאוכלוסיית העולם תחייה באיזורים שקיים בהם מחסור במים נקיים לשתייה. המצב הזה עלול להביא לחוסר יציבות פוליטית ולמלחמות מים חוצות גבולות.

אבל יכול להיות שהפתרון למשבר המים המקומי והעולמי נמצא, מילולית, ממש מתחת לאף שלנו: חוקרים מהטכניון פיתחו מודל למערכת שמטרתה להפריד את הלחות הטבעית שנמצאת בקביעות באוויר שסביבנו, ולהמיר אותה למי שתייה. את הפטנט הזה, ואיך הוא יכול לסייע לפתור את משבר המים שהעולם צועד אליו, הציג פרופ׳ דוד ברודאי מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ביום עיון בנושא מים, אנרגיה, טיפול ומיחזור.

זמין וחופשי לכל אחד

ברודאי, שפיתח את הרעיון יחד עם עמיתו פרופ׳ ערן פרידלר, מסביר כי הרעיון הוא לנצל משאב שנמצא סביבנו בשפע כל הזמן. ״בכל מקום יש אטמוספירה, ובכל מקום יש לחות״, הוא אומר. ״אין אטמוספירה שהיא יבשה לגמרי, אפילו באוויר של מדבר הסהרה הצחיח יש לחות. למעשה, כמות הלחות שיש באטמוספירה היא שווה לכמות המים השפירים בכל העולם (למעט הקרחונים). זו כמות אדירה של מים שזמינה וחופשית לכל אחד ואין עליה מגבלות. לכן, אנחנו מאמינים שמדובר בפתרון שיש לו פוטנציאל אדיר״.

הרעיון של קציר לחות מהאוויר אינו חדש. כמה חברות בעולם, כולל WaterGen הישראלית, כבר פיתחו טכנולוגיות שעושות זאת בהצלחה וכבר פועלות במקומות שונים בעולם. הטכנולוגיה הקיימת היום, לדברי ברודאי, היא דומה לזו של מזגן ביתי: אם מזגן ביתי מקרר אוויר שמגיע מבחוץ, משתמש באוויר הקר ומשליך את המים שהתעבו במהלך תהליך הקירור (המים שמטפטפים עלינו מעשרות מזגנים כשאנחנו הולכים בקיץ ברחוב), הרי שבמקרה של טכנולוגיית קציר לחות, משליכים את האוויר ומשתמשים דווקא במים. ״מה שהטכנולוגיה הקיימת עושה זה בעצם לקחת אוויר ולהפעיל עליו תהליך של קירור כדי לחלץ ממנו את הלחות״, מסביר ברודאי. ״מביאים אותו למצב שבו הלחות מתעבה על משטח קר ומטפטפת ממנו, ואז אוספים אותה ומשתמשים בה כמי שתייה".

עם זאת, קיימת בעיה בטכנולוגיה זו. "הבעיה היא שהאוויר מורכב לא רק מלחות אלא גם מגזים נוספים כמו חמצן וחנקן, ובטכנולוגיה הזו משקיעים בקירור שלהם יחד עם הלחות", מסביר ברודאי. "נפח האוויר מכיל במקרה הטוב רק 5-4 אחוז לחות, כלומר היא מהווה חלק מאוד קטן מתוכו. המשמעות היא שמשקיעים המון אנרגיה בקירור של משהו שביותר מ-90 אחוז ממנו בכלל לא משתמשים. זה ניצול לא יעיל של אנרגיה. התהליך הזה הוא יקר מלכתחילה, ולמעשה רוב האנרגיה הולכת לקירור של חומר שאנחנו בכלל לא מעוניינים בו״.

 

הפטנט החדש שמציעים החוקרים מציע לייעל את התהליך הזה באמצעות הפרדה של הלחות מהאוויר לפני הקירור שלה. כך ניתן יהיה להשקיע אנרגיה בקירור של הלחות עצמה בלבד ובהפיכתה למים זמינים.

כיום, מנסים ברחבי העולם לפתח ממברנות שיעשו זאת ויפרידו את הלחות מתוך האוויר, בדומה למשל לתהליך ההתפלה שבו ממברנות מפרידות את המלח ממי הים. אך עד היום לא הצליחו לפתח ממברנות כאלה. וכאן נכנסים לתמונה החוקרים הישראלים.

״החלופה שאנחנו מציעים מבוססת למעשה על שימוש בחומר מספח, שנקרא דסיקנט. זוהי תמיסת מלח מרוכזת מאוד, שסופחת את הלחות בטבעיות מתוך האוויר כשהיא באה איתו במגע״, מסביר ברודאי. ״הרעיון הוא לבנות מערכת שתשתמש בחומר הזה כדי לספוח כמות גדולה של לחות מהאוויר, ולקרר אותה רק לאחר שהופרדה ממנו".

״המערכת שאנחנו מציעים בנויה מכמה שלבים״, הוא מסביר. ״בשלב הראשון היא תסחרר בתוכה אוויר במטרה להעביר את הלחות מהאוויר אל החומר המספח, שנמצא במצב נוזלי. הסחרור הזה חוזר על עצמו שוב ושוב, ובכל מחזור כזה המספח אוגר עוד ועוד לחות מהאוויר. בשלב השני, אנחנו מעבירים חלק קטן מהנוזל המספח אל חלק אחר במערכת, שם אנחנו מייצרים תנאים של חום ולחץ נמוך, שגורמים לדסיקנט לשחרר את הלחות שאגורה בו, ואת הלחות הזו אנחנו רוצים לעבות, כדי להפוך אותה למים. לשם כך אנחנו צריכים לקרר אותה – וזה השלב השלישי, שהוא למעשה דומה למה שקורה במערכות שכבר קיימות היום, אבל בניגוד אליהן – אצלנו בשלב הזה מקררים 100 אחוז לחות, ולא אוויר שחלק מזערי ממנו בלבד הוא רלוונטי לצרכים שלנו״.

 

מים בלב המדבר

על פי החוקרים, המערכת שהם מציעים לא רק יעילה יותר מבחינת צריכת האנרגיה, אלא גם מספקת מים נקיים יותר. לאחר הקירור, המים שנאספים במערכת אמורים להיות מתאימים לשתייה כפי שהם. זאת לעומת הטכנולוגיות הקיימות כיום, שבהן האוויר כולו מקורר. ״אם באוויר שמסתחרר במערכת – בנוסף ללחות – יש כל מיני חיידקים מחוללי מחלות, כשהוא מקורר והמים מתעבים, החומרים שיש באוויר עלולים למצוא גם הם את דרכם אל המים״, ברודאי מסביר. ״זה אומר שהמים האלה עלולים להיות לא ראויים לשתייה, ושצריך להעביר אותם טיפול שיטהר אותם לפני שניתן יהיה לשתות אותם.

״במערכת שלנו, לעומת זאת, האוויר כלל לא פוגש את גוף הקירור – אלא רק הלחות שהופרדה ממנו. כך שגם אם יש בו כל מיני חומרים שאנחנו לא רוצים שיגיעו למים, הם נספחים אל החומר המספח ולא משתחררים בשלב הבא״, הוא אומר. ״גם אם הצטברו חיידקים, אבק וכדומה, מכיוון שמדובר בתמיסת מלח מאוד מאוד מרוכזת (יותר מים המלח), שום דבר חי לא מצליח לשרוד את המפגש הזה. הוא פשוט מתייבש. כלומר, הלחות שמתקבלת אמורה להיות נקייה, והמים שמתקבלים טהורים. כמובן שצריך יהיה לבדוק אותם, אבל הדרישה לתהליכי טיפול במים ככל הנראה תהיה הרבה יותר קטנה, מה שצפוי להוריד את מחיר השימוש בהם״.

ועדיין, לא מדובר בתהליך זול. החוקרים מדגישים שמדובר בשיטה של הפקת המים שהיא יקרה יותר מהתפלה. ״בכל מקום שאפשר להתפיל מים – כלומר, כשיש קרבה למקור מים כמו ים או אגמים מליחים – ההתפלה היא האופציה העדיפה״, מסביר ברודאי. ״אבל כלכלית, משתלם להתפיל ולייצר מערכת הובלת מים במקומות שמרוחקים סדר גודל של כמאה קילומטר בלבד ממקור המים. מעבר לזה, העלות של ההובלה הופכת יקרה יותר מעלות ההתפלה. יש גם מקומות יישוב שסמוכים לנהרות שבהם המים טובים לשימוש. אבל כשמוציאים מהחישוב את כל אלה, אנחנו עדיין נשארים עם לא מעט מקומות בעולם שבהם התפלה ושימוש ישיר הם לא כלכליים״.

לפי הבדיקות שערכו החוקרים – וכאן נמצא היתרון האמיתי של המערכת – אפשר יהיה להשתמש בה כמעט בכל מקום בעולם. כדי לבדוק זאת, ביצעו החוקרים סימולציות באמצעות מודל, במטרה לדמות כיצד המערכת תתפקד בתנאי אקלים ולחות שונים. ״רצינו לבדוק האם ניתן להשתמש במערכת גם באיזורים שבהם האוויר הוא צחיח״, אומר ברודאי. ״למשל במדבר סהרה, וכן בתימן – שנמצאת כרגע במשבר חמור של רעב ומחסור במי שתייה. ואכן, המודל הראה שהמערכת פועלת ביעילות גם במדבר, במקומות בהם הלחות באוויר היא נמוכה יחסית. גם בתימן, למשל, ראינו שיש מקומות שהם אינם קרובים למקורות שתייה טבעיים, שבהם השיטה הזה יכולה לעבוד באופן מאוד יעיל, ולתת להם פתרון שהוא אולי טוב יותר מהפתרונות הקיימים. מדובר במערכת שהיא גם קטנה יחסית, וגם מאפשרת ייצור מים מבוזר – כזה שאינו תלוי במקור מים אחד, שממנו צריך להוביל את המים באמצעות צנרת אל כל שאר מקומות היישוב. זה יתרון עצום״.

המערכת עדיין לא נבנתה, וכרגע מדובר במודל בלבד. החוקרים נמצאים כעת בשלב של ניסיונות לגיוס כספים עבור בניית אבטיפוס, והם מחפשים משקיעים שיהיו מעוניינים להשקיע במערכת – שלדעתם היא בעלת פוטנציאל עצום להתמודד עם המחסור במים, שצפוי רק להחמיר בהמשך המאה. ״אנחנו מאמינים מאוד ברעיון ובתוצאות של המודל״, מסכם ברודאי, ״אבל צריך עדיין להוכיח את זה הלכה למעשה. זה השלב הבא״.

 

בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-וואלה!

חפשו מומחים נוספים בתחום