צלונים ברי-קיימא בהשראת הטבע להפחתת התאיידות המים בגידול אצות

להפוך אור שמש לדלק בר-קיימא

אצות אולי לא נראות מרשימות, אך היצורים הירוקים הקטנים הללו עשויים לספק דלקים, מזון וכימיקלים עתידיים תוך ספיחת דו-תחמוצת הפחמן מהאוויר. האתגר הוא שגידול אצות בחוץ, במיוחד באזורים חמים ויבשים, מבזבז כמויות אדירות של מים כאשר בריכות מתאיידות תחת שמש עזה. המחקר הזה חוקר דרך פשוטה, בהשראת הטבע, להצל על בריכות אצות כך שייפלו פחות מים, ועדיין תקבלנה מספיק אור ואוויר לצמיחה בריאה.

מדוע אצות חשובות בעולם צמא

אצות יכולות להמיר אור שמש, דו-תחמוצת פחמן וחומרי הזנה לשמנים, חלבונים ומוצרים שימושיים אחרים, מה שהופך אותן למקור מבטיח לדלקים ביולוגיים, מזון לבעלי חיים וכימיקלים מיוחדים. כל קילוגרם של ביומסה אצטית יכול לקשור כמעט כפול ממשקלו בדו-תחמוצת הפחמן, והייצור העולמי כבר מגיע לעשרות מיליוני טונות בשנה. אזורים חמים ושמחים כמו חצי-האי הערבי אטרקטיביים במיוחד לחוות אצות בקנה מידה גדול בגלל שפע השמש, קרקע שאינה חקלאית, מי ים ומקורות קרוביי תעשייה של דו-תחמוצת הפחמן. אבל באקלים הצחיח הזה, בריכות פתוחות מאבדות נפחי מים עצומים עקב התאיידות, מה שמנפח את העלויות ומגביל את ההתרחבות.

הבעיה בכיסויים המסורתיים לבריכות

רעיון ברור הוא לכסות את המים. כדורים צפים, יריעות קצף, סרטים ואפילו חד-שכבות כימיות נבדקו להפחתת התאיידות מאגמים ובריכות אצות. רבות מהפתרונות הללו שומרות על מים, אך לעתים קרובות הן חוסמות יותר מדי אור או מפריעות לחילופי הגזים בין האוויר למים. עבור אצות, אותו פיצול יכול להיות קטלני: הן זקוקות לעוצמת אור נראה מדויקת כדי לבצע פוטוסינתזה — והן חייבות להיות מסוגלות לספוג דו-תחמוצת פחמן ולשחרר חמצן בחופשיות. כיסויים צפופים עשויים להגן על המים, אך הם עלולים לחמם יתר על המידה את התרביות, להרעיב אותן מאור, להלחין רמות מזיקות של חמצן ולהקטין בסופו של דבר את התפוקה.

צל בהשראת הטבע עם סיבים זעירים

כדי לטפל בבעיה זו, החוקרים שאבו השראה מעלים של צמחים, שמשתמשים בעוריק שעווה חיצוני כדי להאט איבוד מים תוך שמירה על מעבר גזים. הם יצרו "צלונים" דקים ונקבוביים עשויים ננו-סיבים — חוטים זעירים במיוחד — המונחים על רשת פלסטיק תומכת. נעשה שימוש בשתי פולימרים נפוצים: חומצה פולילקטית (PLA), שיכולה להתפרק ביולוגית בתנאי קומפוסט תעשייתי, ופולימר מטרת מתיל מתאקרילט (PMMA), העמיד ביותר וניתן למחזור. מיוצרים בתהליך אלקטרוספינינג גלילי בקנה מידה, משטחי הננו-סיבים הללו דוחים מים היטב, חזקים מכנית ויציבים תרמית. הם מאפשרים לעבור 70–80% מאור הנראה השימושי לצמיחה בעוד שהם חוסמים חלק גדול מקרינת ה-UVA הקשה שעשויה לפגוע בתאי האצות.

לאפשר מעבר גזים תוך החזקת מים

ניסויים בחוץ הראו כי בריכות מכוסות בצלוני הננו-סיבים איבדו עד 86–87% פחות מים מאשר בריכות חשופות, אפילו תחת שמש מדברית חזקה. יחד עם זאת, מדידות מדוקדקות של דו-תחמוצת הפחמן המומסת והחמצן חשפו שהצלונים כמעט ולא האטו את חילוף הגזים: דו-תחמוצת הפחמן יכלה עדיין להיכנס למים להזנת הפוטוסינתזה, וחמצן יכול היה לברוח לפני שהגיע לרמות מזיקות. הצלונים גם החלקו קפיצות חדות בעוצמת האור, שמרו אותה בטווח נוח יותר לצמיחת האצות והקטינו את הסיכון למתח הנגרם על-ידי אור. בּמהלך אחת-עשרה ימים של גידול עם הצלון ה-PLA, תרביות האצות השתמשו בכ-חצי מכמות המים היומית לעומת תרביות חשופות.

לתת קצת פחות ביומסה בעד שליטה רבה יותר

היה פיצוי: תרביות מוצלות ייצרו בסופו של דבר ביומסה מעט פחותה מאשר הבריכות הבהירות והחשופות — כשליש פחות במחקר זה. עם זאת, המערכות המוצלות גדלו בעקביות ובצפיפות תא וביומסה דומה בין השכפולים. לעומת זאת, כמה תרביות חשופות התקשו או התנהגו באופן בלתי צפוי. הצלונים גם ללכדו אבק נשא באוויר, ופעלו כמחסום שיכול לשפר את ניקיון המוצר הסופי. מאחר ששכבת הסיבים ניתנת לקילוף מתמיכתה, הרכיבים ניתנים לטיפול בסוף חייהם באמצעות מסלולי מיחזור או קומפוסט מוכנים; הצלונים מ-PLA התפרקו בקלות בניסויי קומפוסט תעשייתי, בעוד ש-PMMA נשאר שלם, מה שהופך אותו מתאים יותר לאזורים שבהם נדרשת תקופת שירות ארוכה.

מה משמעות הדבר לחוות אצות עתידיות

העבודה הזו מראה כי צלונים דקים בהשראת הטבע יכולים לצמצם משמעותית את אובדן המים מבריכות אצות תוך שמירה על מספיק אור ואוויר לצמיחה פרודוקטיבית. אף על פי שהם מצמצמים מעט את הביומסה השיאית, הם מציעים חיסכון במים, צמיחה יציבה יותר, תכנון קציר קל יותר והגנה נוספת מפני אבק וקרינת על-סגול. ניתנים להרחבה לאורך ארוכים ומיוצרים מחומרים ניתנים למחזור או להתפרקות ביולוגית, צלוני הננו-סיבים הללו עשויים לעזור להביא גידול אצות בקנה מידה גדול לאזורי חום ויובש — לתמיכה בדלקים נקיים יותר, מקורות מזון ומזון לבעלי חיים חדשים ותעשייה ידידותית לאקלים ללא חשבון מים מופרז.

ציטוט: G. Oldal, D., Bokhari, A., Abdurrokhman, I. et al. Nature-inspired sustainable membrane shades for mitigating water evaporation in algal cultivation. npj Mater. Sustain. 4, 19 (2026). https://doi.org/10.1038/s44296-026-00103-0

מילות מפתח: גידול מיקרואצות, בקרת התאיידות מים, ממברנות מנייר ננו-סיבים, דלקים ביולוגיים ברי-קיימא, חקלאות באקלים צחיח