שיטה חדשה לאיסוף מים מהאוויר מתבססת על שילוב עקרונות מעולם החי והצומח

חיפושיות המדבר הנמיביות חיות, כפי שמעיד שמן, במדבר. החיפושיות האלה פיתחו שיטה מעניינת להתגבר על המחסור במים במדבר, והן שותות את טיפות המים המתעבות על גבן מהאדים שבאוויר. זו אמנם לא נשמעת שיטה יעילה ביותר, אבל החיפושית מצליחה להשיג כך את כל המים הדרושים לה – ומתברר שהיא עושה זאת בזכות עיצוב מיוחד של פני השטח של גבה, המיועד להפיק טיפות מים גדולות במהירות גבוהה. העיצוב הזה עשוי לעזור גם לנו לפתח מערכות יעילות לעיבוי מים ונוזלים אחרים.

מדוע בעצם שנרצה לעבות מים? הבנת תהליכי ההתעבות והשליטה בהם חשובות בתהליכים תעשייתיים רבים, כגון מיזוג אוויר, זיקוק נוזלים, התפלת מים ואפילו ייצור חשמל בתחנות כוח. ישנה, כמובן, גם המטרה שלשמה החיפושית עושה זאת: איסוף מים מהאוויר. במקומות מסוימים בעולם, זו שיטה חשובה להשגת מים ראויים לשתייה. חוקרים רבים ניסו לפתח משטחים מלאכותיים המעבים מים במהירות וביעילות, ורובם התמקדו בהרכב הכימי של פני השטח.

קיו-צ'ול פארק (Park) וחוקרים אחרים מאוניברסיטת הרווארד בארצות הברית בחרו בדרך אחרת – לחקות את מה שהטבע כבר יצר. הם בחנו את גבה של חיפושית המדבר וראו שהוא מכוסה גבשושיות, מעין כיפות בקוטר של כמילימטר אחד. במאמר בכתב העת Nature, פארק ועמיתיו מדווחים כי בנו משטח גבשושי כזה מאלומיניום, והראו כי טיפות המים הנוצרות עליו גדלות פי שישה מהר יותר מאשר על משטח חלק. הטיפות הנוצרות על המשטח הגבשושי גם גדולות יותר.

הצעד הבא היה להבטיח את האיסוף המהיר של הטיפות, כך לפנות את הגבשושיות ליצירת טיפות נוספות. גם לשם כך שאבו החוקרים השראה מעולם הטבע, והפעם מצמחים.

קקטוסים מתמודדים עם בעיה דומה מאוד לזו של החיפושיות. גם הם זקוקים למים במדבר וגם הם אוספים אותם מהאוויר. אחד הגורמים המסייעים בכך הוא מבנה הקוצים שלהם – כל קוץ בנוי כחרוט המתרחב בחלק הקרוב אל גוף הקקטוס עצמו. מחקרים קודמים כבר הראו שמבנה זה מנצל את כוחות מתח הפנים הפועלים על המים, ומאפשר איסוף יעיל של הטיפות המצטברות על הקוצים. פארק ועמיתיו השתמשו בידע הזה כאשר בנו בצד אחד של הגבשושיות שלהם מעין "מגלשה", המתרחבת במורד הגבשושית.

כמובן, איסוף מהיר של הטיפות דורש משטח חלקלק. לשם כך השתמשו החוקרים בציפוי שאותה מעבדה פיתחה בעבר, כחיקוי של צמח אחר: הכדנית (Nepenthes). אלה צמחים טורפים הניזונים מחרקים שנופלים לתוך המבנים המיוחדים, דמויי-הכד, שלהם (ומכאן שמם). חלקו הפנימי של הכד מצופה בחומר חלקלק במיוחד, המונע מהחרקים לטפס ולברוח החוצה. החומר מבוסס על מבנה מיקרוסקופי ובו חורים רבים, שעליו ובתוכו נמצא נוזל – שילוב של צוף ומי גשם. המבנה "לוכד" את הנוזל ולכן הוא תמיד רטוב – ותמיד חלקלק. על בסיס העיקרון של ציפוי הכדניות, פיתחו החוקרים ציפוי שמשולבים בו סיבים דקים במיוחד (סיבי ננו) של טפלון או שרף סינתטי ליצירת המבנה המחורר, המחזיק בתוכו חומר סיכה. ציפוי המשטח בחומר הזה סייע לטיפות לגלוש במהירות מהגבשושיות.

כך יצרו החוקרים משטח המעבה ואוסף טיפות מים במהירות וביעילות, תוך התבססות על מאפיינים פיזיקליים הנמצאים בטבע – בחיפושית, בקקטוס ובכדנית. בינתיים מדובר במחקר בסיסי בלבד, שנועד להוכיח את היתכנות השיטה. החוקרים מקווים שהעקרונות שגילו יוכלו לשמש בעתיד גם בתעשייה או בהפקת מי שתייה באזורים מדבריים.

שיטה זו, של התבוננות בטבע וחיקוי של מאפיינים מסוימים שאנו מוצאים בו, נקראת ביומימטיקה ("חיקוי ביולוגי"), והיא צוברת יותר ויותר חסידים בשנים האחרונות. אפשר לומר שבשיטה זו החוקרים מנסים לבדוק איך האבולוציה פתרה את אותן בעיות שאנו מנסים לפתור, ומה אפשר ללמוד מהפתרונות הללו. כך, למשל, יש חוקרים הבוחנים את הדרך שבה צדפות נצמדות לסלעים כדי לפתח דבקים חזקים ועמידים במים, או בודקים כיצד טרמיטים מווסתים את הטמפרטורה בתוך הקן שלהם כדי לבנות בניינים שאינם זקוקים למיזוג אוויר. בעתיד הקרוב בוודאי נשמע על עוד טכנולוגיות רבות המשתמשות בפתרונות שכבר נמצאים סביבנו, אך לרוב איננו מכירים אותם. 

 

0 תגובות