שתפו‬        

חן בדיחי

הג'ל שלוכד מים באוויר

מחקר חדש מציע ללכוד את הלחות שבאוויר לצורך השקיית צמחים באמצעות ג'ל המורכב מפולימרים סופחי מים. האם הפיתוח המקורי עשוי לסייע לתמוך בחקלאות בתנאים הקשים שיוצר שינוי האקלים העולמי?
17 באפריל 2021



האביב הישראלי ידוע כעונה הפכפכה ביותר. כשאנחנו יוצאים מהבית בימים אלה קשה לנבא האם צפוי מזג אוויר יבש, שידרוש מאיתנו ללבוש חולצה קצרה – או שעדיף לשים בתיק מטרייה לקראת עוד אירוע גשם. עם זאת, גם בימים החמים ביותר, תמיד יש מים באוויר – הלחות, שמוכרת לנו היטב מחודשי הקיץ בערי החוף, ושהופכת לטל בבקרים רבים לאורך השנה.

במחקר אמריקאי חדש שפורסם לאחרונה מוצג פיתוח מסקרן: ג'ל שסופח מים מהאוויר, ושמאפשר להשתמש בלחות שמסביבנו לצורך השקיית צמחים.

כידוע, צמחים זקוקים למים, ולכן קיים קושי בגידול צמחים במקומות יובשניים וצחיחים – שמהווים יותר מ-40 אחוז מהשטח היבשתי בעולם. בישראל, למשל, הנגב והערבה, שמהווים כ-56 אחוז משטח המדינה, מוגדרים כאזורים צחיחים או צחיחים למחצה (עם פחות מ-250 מילימטר גשם בממוצע בשנה). משבר האקלים, שגורם לעליית הטמפרטורה ביום ובלילה ולירידה בכמות המשקעים באזורים נרחבים בעולם, מחריף כיום את הבעיה.

נוכח בעיית המחסור במים, שימוש בלחות מהאוויר כמשאב מים חדש נשמע כרעיון מבטיח. "הרעיון של ניצול אדי מים מהאטמוספרה נבדק מזה שנים רבות, ויש ניסיונות אחדים להשתמש בו להשקיה – בעיקר בחממות", אומר ד"ר שמוליק פרידמן מהמחלקה לפיסיקה סביבתית והשקיה במרכז וולקני למחקר חקלאי. לדבריו, אחד היתרונות המרכזיים של המים האטמוספריים הוא שהם מים מזוקקים שראויים לשתייה (אלא אם מדובר באזור עם אוויר מזוהם במיוחד, כמו למשל באזורים תעשייתיים). בנוסף, המים האטמוספריים זמינים בכל מקום, אפילו במדבריות – ובחינם.

עם זאת, השימוש במים אטמוספריים כמשאב מכיל בתוכו קושי מהותי מרכזי. "גם בתנאים אופטימליים יחסית, כשהלחות היחסית באוויר עומדת על 100 אחוז והטמפרטורה על כ-25 מעלות צלזיוס, יש במטר מעוקב של אוויר כ-20 מיליליטר (אלפיות ליטר) של מים – שזה מעט מאוד", מסביר פרידמן. "כדי לגדל צמחים למאכל או לנוי, יש צורך בכמות גדולות של מים, שיכולות להגיע בקיץ לעיתים אף לכ-10 ליטרים למטר מרובע". עקב כך, השקיית צמחים על ידי מים אטמוספריים בלבד תדרוש נפח עצום של אוויר.

מחיתולים לפתרונות השקיה

במחקר החדש, שפורסם בכתב העת ACS Materials Letters ושנערך על ידי חוקרים מאוניברסיטת טקסס באוסטין שבארה"ב, מוצג ה-Super Moisture Absorbent Gel ("ג'ל-על סופג לחות") – או בקיצור SMAG. על פי המחקר, הג'ל מורכב משילוב פולימרים (מולקולות ענק שמורכבות מתת יחידות זהות שמחוברות ביניהן כשרשרת) שסופח מים מהאוויר במהלך הלילה, כשהקור גורם לחלק מאדי המים שבאוויר להתעבות ולהפוך לערפילים וטל – ולמחרת, כשהשמש מחממת את הג'ל, הוא לא מאפשר למים שספוגים בו להתאדות, אלא משחרר אט-אט את הלחות שהצטברה בו אל אזור השורשים של הצמחים. לדברי החוקרים, הג'ל יכול לשמש כתוספת לשיפור יכולת אחזקת הלחות של הקרקע, כמו גם כאדמה חלופית לנטיעת יבול בחממות.

"הרעיון של ניצול אדי מים מהאטמוספרה נבדק מזה שנים רבות, ויש ניסיונות אחדים להשתמש בו להשקיה – בעיקר בחממות". איור: מתוך המחקר

החוקרים השתמשו בפיתוח החדש בפולימרים סופחי מים, או בקיצור SAP: פולימרים שיכולים לספוג לתוכם כמויות משמעותיות של מים ביחס למסה שלהם. ל-SAP יש כיום מגוון רחב של יישומים, ולכן הם משמשים בתחומים רבים, ביניהם רפואה, הנדסה אזרחית, מדעי הקרקע, ייצור חקלאי וכן מוצרים היגייניים (אחד השימושים הראשונים ב-SAP היה בחיתולים לתינוקות). עם זאת, יש לציין שעל אף של-SAP יש פוטנציאל רב בתחום החקלאות, ההיתכנות הכלכלית שלהם עוד לא הוכחה בפרויקטים גדולים וארוכי טווח.

להשקות צנונים בלחות

לפי ממצאי המחקר החדש, בלחות יחסית של 90 אחוז, כל גרם של ג'ל ה-SMAG מסוגל לספוח עד כ-4 גרם מים. אדמת ה-SMAG (חלקיקי ג'ל מעורבים עם אדמה) מסוגלת לספוח כ-1.1 גרם מים לגרם אדמה, כמעט שני סדרי גודל יותר מקרקע חולית רגילה. בנוסף, בעוד שהקרקע הרגילה שנבדקה איבדה תוך שבוע אחד כ-80 אחוז מתכולת המים שלה, אדמת ה-SMAG איבדה לאחר ארבעה שבועות רק כ-60 אחוז מתכולת המים ההתחלתית שלה.

בנוסף, החוקרים הנביטו זרעי צנון באדמת SMAG ובקרקע חולית במשך ארבעה ימים, בתדירויות השקיה שונות: כל חצי יום, כל יום, כל יומיים, פעם אחת בלבד או כלל לא. הם בדקו כיצד ממשקי ההשקיה השונים משפיעים על הצלחת נביטת הצנון בשני סוגי האדמה.

על פי ממצאי המחקר, 95 אחוז מהזרעים שנזרעו באדמת ה-SMAG ושהושקו באופן אקטיבי במים או באופן פסיבי בלבד באמצעות תכונות אגירת המים של ה-SMAG, נבטו. לעומת זאת, קצב הנביטה של ​​הצנון באדמה החולית ללא ה-SMAG ירד בצורה חדה כשממשק השקיית הזרעים פחת מפעם ביום והתקרב לאפס אחוזי נביטה ללא השקיה. קצב הגדילה של הנבט היה משמעותית מהיר יותר באדמת ה-SMAG המושקית מבקרקע החולית, והנבט עצמו היה ארוך יותר. כמו כן, השרידות של נבטי הצנון באדמת ה-SMAG לאחר 14 יום ללא השקיה הייתה 100 אחוז, בעוד שבקרקע החולית כל הנבטים מתו לאחר 6 ימים ללא השקיה.

למרות התוצאות המעודדות, פרידמן מדגיש שמדובר במחקר ראשוני. "החוקרים יצטרכו לבצע ניסויים נוספים על מנת לייעל את השימוש בג'ל שהכינו ולגרום לצמחים להמשיך לגדול באדמה לאורך זמן גם לאחר הנביטה", הוא אומר. כמו כן, כיוון שמדובר בייצור מזון, יש לוודא שאיכות התוצרת החקלאית לא מושפעת באופן כלשהו מנוכחות הפולימרים במצע גם לאורך זמן.

השרידות של נבטי הצנון באדמת ה-SMAG לאחר 14 יום ללא השקיה הייתה 100 אחוז, בעוד שבקרקע החולית כל הנבטים מתו לאחר 6 ימים ללא השקיה. תצלום: jametlene reskp – unsplash

השקיה חכמה

פתרונות יצירתיים למחסור במים, כמו זה שמוצג במחקר החדש, הם הכרחיים נוכח המחסור החמור במים שקיים כאמור במדינות רבות בעולם בשל גידול האוכלוסין והעליה בביקוש. בישראל מתבצעים כיום צעדים שונים במטרה להתמודד עם הביקוש העולה, ביניהם התפלת מי ים ושימוש חוזר במי שפכים מטוהרים (קולחים).

בנוסף, ישראל היא בין המדינות המתקדמות בעולם בכל הנוגע ליישום שיטות השקיה מתקדמות, שמאפשרות חסכון במים, ובראשן השקיה בטפטוף: שיטה שבה המים מועברים בצינורות שאליהם מחוברות טפטפות, שמווסתות את קצב ההשקיה. "מדובר בשיטה יעילה מאוד, שמומלצת גם לגננים חובבים", אומר פרידמן. "בנוסף, משתמשים בישראל בתוכנות ובשיטות מתוחכמות מאוד לבקרת השקיה, כמו כאלה שמסייעות בתכנון ובתזמון מערכות ההשקיה", הוא מסכם.


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

שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

עקבו אחרי זווית