מה למים תת-קריטיים ולחקלאות בת קיימא?

לרגל יום המים הבינלאומי שחל היום (22 למרץ, 2024) בחרנו לדבר על הצד הפחות מוכר של המים ולבדוק מה הקשר לחקלאות בת קיימא.

אז מה הם מים תת-קריטיים (sub-critical water)?

למים כמו לכל התרכובות יש נקודה קריטית (ראה איור מעלה עם דיאגרמת הפאזות של מים) בה מצבי נוזל רווי ואד רווי זהים. כלומר, כשמחממים מים בלחץ ומתקרבים לנקודה הקריטית (374 מעלות צלזיוס ו-22 מגה פסקל) הגבול בין שני מצבי הצבירה (נוזל וגז) הולך ומטשטש. צפיפות הנוזל הולכת וקטנה וצפיפות הגז הולכת וגדלה וכשהטמפרטורה מגיעה לנקודה הקריטית שתי הצפיפויות משתוות ומקבלים מצב צבירה אחד.

בין נקודת הרתיחה של המים לנקודה הקריטית המים נקראים מים תת-קריטיים. התכונות הפיזיקליות של מים תת-קריטיים שונות באופן דרמטי מאלו של מים בטמפרטורת החדר ושתי הפאזות (נוזל וגז) נעשות דומות מאוד. למשל, מים נוזליים בטמפרטורת החדר הם כמעט בלתי-דחיסים, בעלי מקדם התפשטות תרמית נמוך ומקדם דיאלקטרי גבוה. עבור מים תת-קריטיים, כל התכונות הללו משתנות אל הפכן הגמור: המים הופכים לדחיסים ולדיאלקטריים ברמה נמוכה (ראה איור מטה).

במקביל, קבוע הדיסוציאציה (Kw) של מים עולה עם הטמפרטורה (ראה איור מטה), כלומר ה-pH משתנה לערכי pH נמוכים יותר. מכיוון שהחוזק היוני של יוני הידרוניום (+H3O) והידרוקסיד (-OH) גבוה יותר מאשר בטמפרטורת החדר, יוני הידרוניום פועלים כזרז בתגובות כימיות שבטמפרטורות החדר היו דורשות תוספת של חומצה.

 

אז מה הקשר לחקלאות בת קיימא?

מים תת-קריטיים משמשים בתעשייה כממס ירוק (green solvent) שאטרקטיבי ביותר לתגובות כימיות של פירוק מהיר של ביומסה. כאשר הביומסה רטובה (למשל שפכי רפתות, בוצות, ופסולת מזון) המים בשפכים מהווים גם את המדיום לתגובה, גם את הממס וגם את הזרז. כלומר, יש פוטנציאל רב לשימוש במים תת-קריטיים לטובת תגובות פירוק מהירות של פסולות חקלאיות. זירוז תהליכי הפירוק באמצעות חימום המים תחת לחץ מהווה גורם משמעותי בכדאיות הטכנולוגיה.

ואיפה כל זה פוגש את משק המודל?

במשק המודל אנו בוחנים את הטכנולוגיה עבור פסולות רלוונטיות לאזור (פרש בקר, תשטיפי מתקני ביוגז, קליפות שקדים, גפת זיתים, שאריות מגידול זבוב החייל השחור, פסולת פלסטיק ועוד). את הניסיונות אנו מבצעים במתקנים בקנה מידה מעבדתי (עד חמישה ליטר) במעבדה של ד"ר רועי פוסמניק ובודקים את יעילות הטיפול (אחוזי השבה) ואת אפיקי היישום של תוצרי הפירוק השונים. מכל הרצה בכפוף לטמפרטורה, מתקבלים ארבעה תוצרי פירוק: 1) מוצק (הידרוצ'אר); 2) נוזל שומני; 3) נוזל מימי; 4) גזים. את כל התוצרים הללו אנחנו מפרידים ומאפיינים במעבדה לצרכים השונים. למשל, בפרויקט אחד אנו בודקים את השבת הזרחן בהידרוצ'אר ואת צורוניו לצרכי הזנת הצמח. בפרויקט אחר אנו בודקים שימוש אגרונומי במי התהליך לצרכי השראת עמידות למחלות ובפרויקט אחר אנו בוחנים את השימוש בנוזל השומני ובמוצקים לצרכי  אנרגיה מתחדשת. בכל ההרצות אנחנו מקפידים לאסוף את הגזים הנפלטים כדי לאפיין את הפאזה הזו ולתכנן, במידת הצורך טיפול משלים לאותם גזים.

אז מתי זה מיושם בשטח?

יש בעולם כבר יישומיים מסחריים של הטכנולוגיה ובעלי העניין בארץ (חברות מזון וחברות דשנים) כבר הביעו עניין במחקר מוכוון יישום אז להערכתנו היישום המסחרי הארץ יקרה בשנים הקרובות.

באיור: השינוי הדרמטי במאפיינים הפיזיקלים של מים עם הטמפרטורה. באדום – הקבוע הדיאלקטרי (יורד), בירוק – הצפיפות (יורדת) ובכחול קבוע הדיסוציאציה (עולה).
לוגו משק מודל

מנהל המחקר החקלאי, מרכז מחקר צפון נווה יער, ת.ד 1021, רמת ישי, 3009500.

טלפון: 04-9539595

רשתות חברתיות:

כנסים נוספים

כנס חקלאי העמק 2019

כנס חקלאי העמק 2019

כנס חקלאי העמק בחסות מרכז חקלאי העמק ומרכז מחקר נווה יער נערך ב-31.12.19 בנווה יער. נושא הכנס היה בחינה ופיתוח של מורינגה מכונפת כגידול חקלאי

קרא עוד »
כנס חקלאי העמק

כנס חקלאי העמק 2018

כנס חקלאי העמק בחסות מרכז חקלאי העמק ומרכז מחקר נווה יער נערך ב-4.12.18 בנווה יער. נושא הכנס היה משק מודל לחקלאות בת קיימא כגשר בין

קרא עוד »