עלות הקורוזיה העולמית נאמדת ב-2.5 עד 3 טריליון דולר בשנה (כ-3.4%-4% מהתמ"ג העולמי). מעבר לנזק הכלכלי הישיר לתשתיות ולציוד, לקורוזיה נטל סביבתי כבד: כ-25%-40% מייצור הפלדה השנתי מופנה להחלפת מתכת שהחלידה – תהליך עתיר אנרגיה האחראי לכ-1.6%-3.4% מפליטות הפחמן דו-חמצני העולמיות. בנוסף, כשלים מבניים גורמים לדליפות בצנרת, כשל תשתיות ימיות וביטחוניות, זיהום מערכות אקולוגיות ופסולת מסוכנת, מה שהופך ניהול קורוזיה יעיל להכרח פיננסי ולאסטרטגיית אקלים חיונית כאחד. עם זאת, עד כה טרם נמצאו פתרונות בני-קיימא לבעיה זו.
נמל חיפה
(צילום: גיל נחושתן)
חוקרים מאוניברסיטת רייכמן מצאו דרך חדשנית להגן על תשתיות ימיות מפני חלודה (קורוזיה) הנגרמת מחשיפה ממושכת למי ים. במחקר שפורסם בכתב העת Cell Reports Physical Science הציעו החוקרים חלופה ביולוגית ובטוחה יותר לסביבה עבור חומרים כימיים המשמשים כיום להגנה מפני חלודה – חומרים שעלולים להיות מזהמים וגם יקרים לשימוש.
המחקר, בהובלת המהנדס אביחי נהמי וד"ר פרם אנאנד מורוגן ממכון Scojen לביולוגיה סינתטית בבית הספר לרפואה ע"ש דינה רקנאטי של אוניברסיטת רייכמן, פיתח שילוב ייחודי של כמה סוגי חיידקים, בהם החיידק Bacillus subtilis (חיידק פרו-ביוטי המוכר כ-GRAS, קטגוריה של חיידקים בטוחים לשימוש ולמאכל) וחיידקים נוספים שמקורם במי הים. החוקרים גילו כי החיידקים פועלים יחד ליצירת שכבת הגנה טבעית, צפופה ועמידה על פני מתכות המשמשות בתשתיות ימיות ואלקטרוכימיות, כמו פלדה פחמנית (סגסוגת נפוצה בתעשייה הימית) וברזל.
תמונה מיקרוסקופית של גבישי החומר ארגוניט, המיוצר בידי החיידקים כדי להגן על המתכת ממלחי הים
(צילום: ד"ר אילנה קולודקין-גל)
דיסקיות פלדה פחמנית לאחר שהות של כ-48 שעות במי ים, עם ובלי ציפוי שילוב החיידקים
(צילום: ד"ר אילנה קולודקין-גל, אביחי נהמי)
בדיקות שבוצעו במסגרת המחקר הראו כי שכבת ההגנה הזו מאטה באופן משמעותי את התהליך שגורם למתכות להחליד ולהתבלות במי ים. עוד נמצא כי לכל אחד מסוגי החיידקים יש תפקיד שונה בתהליך: חלקם מסייעים ביצירת התנאים המתאימים, ואחרים מייצרים אנזים שמאפשר את בניית שכבת ההגנה המינרלית המתחדשת.
לדברי החוקרים, בניגוד לפתרונות המבוססים על סוג אחד של חיידקים, השילוב בין כמה מינים שונים מספק הגנה חזקה ויציבה יותר לאורך זמן, גם בתנאי ים קשים. להערכתם, הטכנולוגיה החדשה עשויה לסלול את הדרך לפיתוח אמצעי הגנה ביולוגיים לתשתיות ימיות ברחבי העולם – לסייע בהגנה על נמלים, אסדות, אוניות ותשתיות ימיות נוספות, להפחית את השימוש בחומרים כימיים מזהמים ולהאריך את חיי התשתיות תוך חיסכון משמעותי של זמן ומשאבים כלכליים.
תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים המדגימה את יצירת השכבות המינרליות על גבי המתכת בידי החיידקים
(צילום: ד"ר אילנה קולודקין-גל, אביחי נהמי)
ד"ר אילנה קולודקין-גל, מנחת המחקר וראש המעבדה לחקר המיקרוביום ומיקרוביולוגיה סינטטית מטעם מכון Scojen, אמרה שהיכולת לרתום מערכות ביולוגיות כדי לפתור בעיות הנדסיות היא אחת ההבטחות הגדולות של הביולוגיה הסינתטית. "המחקר הזה מדגים כיצד שיתוף פעולה בין תחומי מדע שונים ובהם הנדסה ביולוגית ואלקטרוכימיה יכול להוביל לפתרונות חדשניים, שמצמצמים את התלות בחומרים כימיים ומציעים דרך חדשה להגן על תשתיות החשופות לתנאי סביבה קשים", הסבירה ד"ר קולודקין-גל.
ד"ר אילנה קולודקין-גלצילום: אלון גלבועהמחקר בוצע בשיתוף פעולה ובהנחיה משותפת עם ראש המעבדה לביולוגיה סינתטית במכון הטכנולוגי חולון, ד"ר יובל דורפן. מחקר זה נערך במימון שסופק על ידי קרן המדע הלאומית לד"ר קולודקין-גל וד"ר דורפן ושני מענקים של הקרן הדו-לאומית למדע לד"ר קולודקין-גל.
