אצות למיליון: האם כדאי להפיק דלק מאצות?

ענף האנרגיה העולמי מחפש ללא הרף מקורות אנרגיה מתחדשים וידידותיים לסביבה. מבין הפתרונות המוצעים, הפקת דלקים מחומר צמחי סומנה כבעלת פוטנציאל גבוה. צמחים הם "יצרנים ראשוניים" - כלומר, הם מסוגלים לרתום את אנרגיית השמש ולקבע פחמן דו-חמצני כדי לייצר סוכרים ושומנים שבונים את רקמותיהם. מהחומר הצמחי ניתן להפיק ביו-דיזל או ביו-אתנול, שבהם ניתן להשתמש כתחליף לדלק מאובנים (פוסילי).

עוד מאמרים מאתר זווית :

הדברה גנטית נגד יתושים והקשר הישראלי

המטוס ששוקל כמו פיאסטה יקיף את העולם?

היום שבו יתייבשו מי התהום

בעשורים האחרונים חלה התפתחות מהירה בקצב ייצור הדלק הצמחי ובתחילת העשור עמד הייצור על קרוב לשני מיליון חביות ליום. מנגד, שטחי הגידול הנרחבים שדרושים לגידול הצמחים באים על חשבון ייצור גידולי מזון ובנוסף, הכדאיות הכלכלית של תהליכי הגידול והפקת הדלק היא לעתים קרובות גבולית או כזאת שנשענת במידה רבה על סובסידיות ממשלתיות.

מחקר חדש שנערך באוניברסיטת תל אביב, ושהגיע לסיומו ממש בימים אלה, ביקש לבדוק אם שיטות חדשניות להפקת אנרגיה מאצות הן לא רק אפשריות מבחינה טכנית, אלא גם הגיוניות מבחינה כלכלית.

אנרגיה, מזון וניקוי רעלים

היתרונות שבגידול אצות כמקור צמחי חלופי להפקת אנרגיה כוללים קצב גידול מהיר, תהליך הפקה פשוט וניצול בתי גידול שאינם משמשים לחקלאות מזון. כבר בשנות ה-50 של המאה שעברה השקיעה ארצות הברית במחקר לשיפור ממשק גידול האצות להפקת האנרגיה, אך מאוחר יותר הוא ירדה קרנו בעקבות תמורות בשוק האנרגיה והצלחה מוגבלת בגידול. עם זאת, בשנים האחרונות גידול אצות לאנרגיה זוכה לעדנה מחודשת עקב המודעות הגוברת למשמעויות הסביבתיות של השימוש בדלק מאובנים והחשש לאי-יציבות עתידית של מקורות הדלק המשמשים כיום. בד בבד חידושים טכנולוגיים שמאפשרים פיתוח זני אצות עשירים יותר בשומנים ובסוכרים כמו גם התקדמות בשיטות ההפקה עשויים להפוך את החזון לכדאי מבחינה כלכלית.

למרות הפוטנציאל הטמון באצות נראה כי מחיר הביו-דלק יקר לעת עתה מכדי להתחרות עם דלק המאובנים, זאת עקב עלויות הייצור וההפקה. לדוגמה, עלות הייצור של ביו-דיזל מאצות מוערכת כיום בשבעה דולרים לגלון, כפול ממחיר היעד המתחרה בדלק רגיל. לכן, יש צורך למצוא יישומים נוספים שנלווים לתהליך גידול אצות ומהחומר הצמחי המיוצר ושיוכלו להפוך את הגידול לרווחי. כך, למשל, גידול אצות ימיות שמקבעות חומר אורגני עשוי לסייע לניקוי מי הים במקומות שבהם הסביבה הימית מזוהמת כתוצאה מהעשרה בחומר אורגני. דוגמה לכך היא הסביבה הימית בקרבת חוות לגידול דגים, שבהן כמויות מזון גדולות והפרשות הדגים נפלטות לים ומובילות לזיהום הים. מקור הכנסה אפשרי נוסף הוא ניצול החומר צמחי שנותר לאחר הפקת האתנול בתעשיית המזון לבעלי חיים ולדגים בפרט.

לסגור את המעגל

המחקר במכון לחקר ימים ואגמים בשיתוף עם אוניברסיטת תל אביב ואוניברסיטת בר אילן בחן שלבים שונים בגידול והפקת ביו-אתנול מאצות מהסוג חסת הים (Ulva). את המחקר הוביל ליאור קורזן במסגרת עבודת הדוקטורט שלו ובצוות המנחים ישבו מומחים לתחומים מדעיים מגוונים: פרופ' אביגדור אבלסון מאוניברסיטת תל אביב שעוסק באקולוגיה ימית, פרופ' ישראל אלוורו מהמכון לחקר ימים ואגמים שמתמחה באצות, פרופ' אהרון גדנקין כימאי מאוניברסיטת בר אילן שמומחה ליישומים של ננו-חומרים ושהנחה את תחום מיצוי האצות ופרופ' אהוד בנין מאוניברסיטת בר אילן, שבחן אנזימים שמפרקים חומר צמחי לסוכרים פשוטים.

(צילום: ויז'ואל/פוטוס)

קורזן גידל אצות בסמוך לחווה מסחרית לגידול דניס הממוקמת מול חופי מכמורת. האצות חוברו לסלי רשת שמונעים את סחיפתן ושמאפשרים חשיפה לאור ולחומרי הזנה מזרמי הים. "הגידול התמקד באצה מסוג Ulva משום שראינו בה הפקה יעילה יותר של סוכרים בהשוואה לאצות אחרות שבחנו, ומשום שניתן לגדל אותה במהלך רוב חודשי השנה", מספר קורזן. במסגרת עבודת השדה נמצא שאצות שגדלות במורד הזרם מכלובי דגים שממוקמים באזור מכמורת נהנות מהעשרת המים בחומר אורגני ומראות קצב גידול מהיר יותר של פי 40-27 בהשוואה לאצות שמוקמו במעלה הזרם מחוות הדגים. כאמור, הרווח שבגידול כזה הוא כפול: עלייה בקצב הגידול מחד וניקוי המים מאידך. "הרעיון הוא לספק פתרון לבעיה שקיימת ושתחמיר עם הזמן – זיהום ים מחקלאות ימית. Ulva משמשת בהצלחה כביו-פילטר למים מזוהמים", מסביר קורזן.

לדעתו של קורזן אחד ממקורות ההכנסה המרכזיים מגידול האצות טמון בתעשיית המזון לדגים. כך נסגר מעגל, שבו האצות מרוויחות מהפרשות כלובי הדגים ובסופו של תהליך מאפשרות ניצול חוזר של חומרי ההזנה כדי להאכיל את הדגים. "בשנים האחרונות שילוב אצות באוכל של דגים צובר תאוצה. יצרתי קשר עם יצרן מזון לדגים והוא התלהב מהרעיון וסיפר שמניסיונו שילוב אצות במזון משפר את חיוניות הדגים", הוא אומר.

לאחר גידול יעיל של האצה, האתגר הבא נעוץ בהפקת האתנול. תהליך זה כולל את פירוק הסוכרים המורכבים, כגון עמילן, לסוכרים פשוטים דוגמת גלוקוז. אחר כך, בתהליך של תסיסה מופק האתנול. קורזן, בהנחיית פרופ' גדנקין, פיתח שיטה שבה פירוק הסוכרים המורכבים נעשה בשילוב תהליך סוניקציה, במהלכו תוצרי הגידול נחשפים לתדרים בתדירות גבוהה. תוצאות המחקר הראו שלשיטה זו יש יתרון בזירוז תהליך הפירוק. "הדגש הייחודי, שספציפי לאצת Ulva, הוא שאין צורך בטיפול קדם לביומסה, שכולל תהליך תרמו-כימי שמקל על חילוץ ופרוק הסוכרים. תהליך זה יקר מבחינה כלכלית וסביבתית והעובדה שאפשר לוותר עליו מהווה יתרון גדול", מסכם קורזן.

(צילום: רויטרס)

שורת הרווח

לאחר שלמד על שיטות הגידול האופטימאליות ושכלול תהליך ההפקה, פנה קורזן לעריכת המודל הכלכלי שבוחן את כדאיות הגידול. המטרה היתה לבחון כיצד היקף הגידול וכוחות השוק משפיעים על כדאיות גידול האצה. המודל כלל את מחיר ההקמה והתחזוקה של מערכת הגידול ואת עלויות הקציר והשינוע לאתר ההפקה. לכך התווספו מחיר תהליך ההפקה וייצור התוצרים הסופיים. ההכנסות ששוקללו במודל כללו את התמורה שתתקבל עבור הביו-אתנול שמופק בתהליך ואת הביומסה הצמחית שעשויה לשמש בתעשיית המזון.

תוצאות המודל הראו שבתנאי השוק ואמצעי הגידול הנוכחיים, רווחיות מושגת רק אם מגיעים להיקפי גידול עצומים. שיא הרווחיות - קרוב ל-20 מיליון אירו לתקופה של 15 שנות פעילות - יכול להתקבל כאשר שטח הגידול עומד על 2,500 הקטר. לשם השוואה, על פי תכניות עתידיות שערך משרד החקלאות השטח המוקצה לחקלאות ימית בישראל הוא כ-600 הקטר. לכן, בהיקף מוגבל שכזה, המודל צופה תשואה שלילית של כ-13 מיליון אירו לתקופה דומה.

נראה, אפוא, שגידול מסחרי של אצות ים לצורך הפקת אנרגיה אינו כדאי בתנאים הקיימים בישראל כיום. עם זאת, מודל כלכלי דומה עשוי להתאים לאזורים שבהם שטחי הגידול הזמינים גדולים יותר. קורזן מביא כדוגמה את הנעשה בסין בה פועלות חוות גידול ימיות על שטח של כמיליון הקטר.

מעבר לכך, המודל הכלכלי כלל גם ניתוח רגישות לשינויים אפשריים בתהליך הייצור, שעשויים לשנות את המאזן הכלכלי: נמצא שהעלאת קצב גידול האצות באחוז אחד בלבד עשויה להפוך את הגידול לכלכלי גם תחת התנאים המקומיים. עלייה ביעילות

 הגידול תיתכן תוך תהליך של השבחת זנים, כפי שנעשה בגידולי חקלאות רבים ובאצות מסוגים שונים. בנוסף, עלייה בדרישה ובמחיר תוצרי הלוואי המשמשים למזון בעלי חיים עשויה אף היא לתרום לכדאיות הכלכלית של גידול האצות.

"למרות האתגרים הלא-פשוטים שעומדים בפני מי שבודק שימוש באצות למטרת הפקת אנרגיה, זה תסריט שיכול להיות ישים וגם כלכלי, זאת בתנאי שבוחנים את כל התהליך בצורה שלמה ומביאים בחשבון מוצרים נוספים בעלי חשיבות כלכלית שניתנים להפקה וכמובן גם משקללים את התועלת הסביבתית הישירה והעקיפה", מסכם קורזן.

המאמר פורסם לראשונה בזווית, סוכנות ידיעות למדע וסביבה