הפיכת פסולת לאנרגיה באמצעות ייצור ביואנרגיה וביוהידרוגן בר-קיימא מפסולת ליגנוצלולוזית בעזרת תאים דלק מיקרוביאליים ותאים אלקטרוליטיים מיקרוביאליים

הפיכת פסולת חקלאית לאנרגיה נקייה

באזורי גידול האורז, שאריות הקש לעתים קרובות נשרפות בשדה, וממלאות את האוויר בעשן ובגזי חממה. המחקר חוקר מסלול שונה: שימוש בקש אורז כמקור חומרי למכשירים ביו-חשמליים קטנים שיכולים גם לנקות פסולת וגם לייצר אנרגיה שימושית בצורת חשמל וגז מימן. העבודה מראה כיצד שינוי שיטת העיבוד של השארית הפשוטה הזו יכול להשפיע באופן משמעותי על כמות האנרגיה שניתן להפיק.

מדוע קש אורז הוא בעיה והזדמנות

קש אורז מיוצר בכמויות עצומות מדי שנה ומטופל ברובו כהטרדה. חקלאים נפוצים שורפים אותו כדי לפנות שדות, מה שמשחרר חלקיקים וגזים דקים שפוגעים בריאות הריאות, מורידים את איכות הקרקע ותורמים להתחממות הגלובלית. עם זאת, קש זה עשיר בסיבי צמחים האוגרים אנרגיה כימית. אם ניתן לחלץ אנרגיה זו בצורה מבוקרת, שדות אורז יכולים להפוך למקור כוח נקי במקום לזיהום, ולסייע לאזורים כפריים לטפל בפסולת ולהפחית את התלות בדלקים מאובנים.

מכשירים קטנים שמאפשרים למיקרובים לייצר חשמל

החוקרים השתמשו בתאי דלק מיקרוביאליים, מכשירים פשוטים בעלי שתי תאים שבהם קהילות חיידקים מפרקות חומר אורגני בצד אחד ושולחות אלקטרונים לאלקטרודה. אותם אלקטרונים נעים דרך חוט לצד השני של המכשיר, ויוצרים זרם חשמלי בעוד שהמיקרובים גם מסייעים בניקוי הפסולת. הצוות בדק שלושה צורות של חומר מקש אורז כמזון עבור המיקרובים: קש טחון, קש שעבר פירוק כימי לנוזל, וקסילן — סיב פשוט יותר שחולץ מהנוזל. הם השוו כל אחת מול מקור מזון כימי סטנדרטי כדי לראות איזו תצורה נותנת את תפוקת הכוח החזקה והנקייה ביותר.

מציאת הצורה הטובה ביותר של הקש להפקת חשמל

כאשר תאי הדלק פעלו על קסילן, הם הפיקו את המתח וההספק הגבוהים ביותר, יחד עם הסרה היעילה ביותר של זיהום אורגני מהנוזל. זה מרמז שמבנה הפשוט של הקסילן קל יותר לעיכול עבור המיקרובים ולהמרה לאלקטרונים. לעומת זאת, הקש השלם ונוזל הקש כללו עדיין תרכובות צמחיות מורכבות שמאטות את הפירוק או מתערבות בפעילות המיקרוביאלית, מה שהוביל לייצור חשמל נמוך יותר. מדידות חשמליות מפורטות איששו שתאים שמזונם מבוסס על חומרים מקש יכולים להעביר אלקטרונים ביעילות, כאשר בחלק מהסידורים נצפה התנגדות נמוכה לזרימת אלקטרונים וזרמים חשמליים יחסית גבוהים.

מעבר מהפקת חשמל לייצור גז מימן

הצוות בדק גם תאים לאלקטרוליזה מיקרוביאלית, סוג קרוב של מכשיר שמשתמש במתח חיצוני קטן נוסף כדי להניע שחרור של גז מימן באלקטרודה אחת. כאן הם הזינו את המכשירים בנוזל הקש, בקסילן או בבקרת הכימיקלים הסטנדרטית. במצב הממוקד במימן, נוזל הקש הציג ביצועים הטובים ביותר — הספקי שטח גבוהים יותר, קצב ייצור מימן מהיר יותר והסרה חזקה של חומר אורגני. קסילן תמך בייצור מימן אך בקצב המשוער כחלק מהקצב של נוזל הקש, כנראה משום שהוא דורש שלבים ביולוגיים נוספים ומתחרה עם מיקרובים אחרים שמסיטים אלקטרונים משם לכיוונים אחרים במקום למימן.

מסקנות לגבי אנרגיה נקייה מתבואה

בסך הכל, המחקר מצביע על כך שאותה פסולת חקלאית ניתנת להתאמה לשימושים אנרגטיים שונים פשוט באמצעות שינוי תהליך העיבוד. צורה מזוקקת יותר של סיבים מקדמת ייצור חשמל בתאי דלק מיקרוביאליים, בעוד שנוזל עשיר מתרכובת קש שעברה טיפול מוקדם מעודד גז מימן בתאים לאלקטרוליזה מיקרוביאלית. עבור הקוראים שאינם מומחים, המסר הוא ששאריות חקלאיות כמו קש אורז לא חייבות להישרף או להיפטר. בעיבוד יחסית פשוט ובמכשירים ביו-אלקטרוכימיים, הן יכולות להפוך לנושאי אנרגיה נקיים ובו־זמנית להפחית זיהום מים ולתמוך בטיפול בפסולת בר־קיימא בקהילות חקלאיות.

ציטוט: Bayoumi, M., Hassouna, M.S., Hussien, A.A. et al. Waste to energy through sustainable bioenergy and biohydrogen production from lignocellulosic waste using microbial fuel cell and microbial electrolysis cell. Sci Rep 16, 15462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50075-3

מילות מפתח: קש אורז, תא דלק מיקרוביאלי, תא אלקטרוליזה מיקרוביאלי, ביוהידרוגן, הפיכת פסולת לאנרגיה