מאת: יעל הלפמן כהן
איך אפשר לפסל במימד ננוטמטרי? תשאלו את פרופ׳ לילך עמירב. היא "מפסלת" חלקיקים ננומטרים, מקבעת אותם לפאנל, לתוכו מוזרמים מים השוטפים את החלקיקים, אור חודר דרך חלון בפאנל וגורם לתהליך כימי של פירוק המימן מהמים על גבי החלקיקים. המים נכנסים, המימן יוצא, וקיבלנו מימן ירוק !
מימן נחשב לדלק העתיד כי שריפתו אינה מזהמת את הסביבה. מדובר גם בכימיקל מרכזי ליצירת חומרי דשן ולשלל תעשיות כימיות שונות. רוב המימן מיוצר כיום מגז טבעי בתהליך מזהם. החלופה הנקייה המבוססת על אלקטרוליזה (מים המתפצלים למימן וחמצן באמצעות חשמל) עשויה להוות מקור נקי כתלות במקור החשמל, אבל היא יקרה ולא מאפשרת חלופה כלכלית למימן המזהם. הפתרון – פיצול המים ויצירת מימן ישירות באמצעות אור השמש, ללא צורך בחשמל, בעזרת תהליך הנקרא פוטוקטליזה.
פרופ' לילך עמירב מהמחלקה לכימיה בטכניון התחילה לעסוק בפוטוקטליזה במסגרת פוסט הדוקטורט באוניברסיטת ברקלי. המחקר שלה ממנף את תחום הננוטכנולוגיה ורותם את היכולות הייחודיות לחומרים בממדים אלו אלו לטובת פריצות דרך בתחום הפוטוקטליזה. בפרט, המחקר מתמקד בשאלות בסיסיות על האופן בו משפיעות תכונות מבניות כגון גודל, צורה, ומבנה מרחבי (האינטראקציה בין אבני הבניין בחלקיקים המרוכבים) על הפעילות של החלקיקים והיכולת שלהם לקדם ראקציות פוטוקטליטיות ביעילות ויציבות. זאת מתוך הבנה שהמורפולוגיה וה׳אדריכלות׳ של מערכות מרוכבות מחזיקות תפקיד מרכזי בפעילות המערכת ואיכותה.
"רוב המערכות הביולוגיות ניחנות ביופי הנדסי עוצר נשימה. כל רכיב יש לו את הפונקציונאליות שלו והוא נמצא במקום הנכון ובזמן הנכון, ברמת דיוק אטומית." אומרת עמירב. כמו כל פסל ואומן, המתבוננים בטבע, גם עמירב הגיעה ליצירה אחרי הרבה שעות של התבוננות בטבע החלקיקים. לילך לדבריה לא מצאה חלקיקי קסם במקרה אלא ממש פיסלה אותם ע"י חיבור חלקיקים שונים באופן מבוקר, בהתאם למאפיינים שלמדה, ועקרונות תכנון שהם תוצאה של עשור של מחקר בסיסי. החיבור הוא זה שיוצר את הקסם. השלם גדול מסכום חלקיו.
לפני כשנה וחצי הוקמה חברת QD-SOL במטרה למסחר את הטכנולוגיה. עמירב מייסדת שותפה בחברה ומשמשת כמדענית הראשית שלה. למעשה, ניתן להתייחס לאופן בו החברה מייצרת מימן ישירות מאור שמש כהליך פוטוסינתזה מלאכותית. גם הטבע מפיק אנרגיה ישירות מהשמש. בצמחים, חלקיקי אור מפרקים את מולקולת המים ומתניעים שרשרת ראקציות כימיות בסופן נוצרות מולקולות הבונות את הצמח. מערכות אלו אנלוגיות לחלקיקים שעמירב פיתחה. בעוד הצמח מייצר את הדלק שלו הוא זקוק (סוכרים), QD-SOL מייצרת מימן.
האתגרים של QD-SOL הינם אופייניים לשלב הגימלון (Scaling-Up Steps). החברה עוסקת בפיתוח של חלקיקים חדשים שיהיו יעילים יותר (ייצרו יותר מימן ביחידת זמן), יציבים יותר, ושההכנה שלהם תהיה פשוטה וזולה יותר. בטבע החלבון של מערכת הפותוסינטזה לא יציב לאורך זמן, אולם באפשרות התא לחדש אותו באופן שוטף. בתעשייה כמובן דרושה יציבות. כרגע החלקיקים יעילים בטווח של חצי שנת שמש, והיציבות בשיפור מתמיד. מבחינת עלויות, הפתרון יהיה תחרותי ויגיע למחיר של מימן אפור מזהם.
"ריגש אותי לראות מוצר אמיתי יוצא מהמעבדה ומהפרסומים ומונח על גג, תחת אור שמש, עם אבק ועננים, ובאמת מייצר מימן, ועוד פי כמה ממה שחשבנו במקור."
עמירב לא רק מפסלת במימד ננוטמטרי היא גם אקטיביסטית ופעילה בתחומים חברתיים וסביבתיים. החזון של החברה שהקימה הוא חוות ענק של פאנלים שייצרו מימן ירוק בדרך נקיה ויעילה. אך נראה שהחברה רק מגרדת את קצה הפוטנציאל ויתכנו עוד יישומים רבים למערכת שפותחה. לאחרונה למשל הצליחו במעבדה לפרק פלסטיק חזרה למונומרים תוך כדי יצירה של מימן!
החברה המבטיחה כבר זכתה למענקים ולהשקעות, ולאחרונה אף זכתה במקום הראשון בפרס של חצי מיליון דולר בתחרות של קרן אבירם.
השמש היא מקור החיים שלנו, מקור אין־סופי של חום, אור ואנרגיה. אבל אנחנו עדיין רחוקים מאוד ממיצוי הפוטנציאל שלה כמקור אנרגיה נקי ובלתי מתכלה. ביום שבו נדע ל"געת בשמש" כמו הטבע, ולהפיק ממנה ישירות אנרגיה, נראה שהעולם שלנו יהיה נקי יותר, טוב יותר, ויפה יותר.
ידיעה זו נכתבה בעקבות ראיון עם פרופ' לילך עמירב
