שדות של טילים ואייפונים: החוקרים שכורים מתכות נדירות מצמחים

בשבוע שבו סין מרחיבה את הגבלות היצוא של מתכות לארה"ב, בתגובה למכסים שהטיל עליה דונלד טראמפ, אפשר לצאת לגינה ולשאוב מעט אופטימיות מקפיצת הדרך המדעית שעשויה לפתור את המחסור הצפוי במינרלים בשלל תעשיות. מייצור ביטחוני ועד ייצור של גיטרות חשמליות וטלפונים חכמים, הביקוש למתכות גובר וההיצע פוחת - לא רק בגלל מלחמות הסחר. אבל דמיינו שאפשר היה לגדל מתכות בגינה הביתית, כמו כל גידול אחר. זאת ההבטחה של טכנולוגיית הפיטומיינינג (Phytomining), המשתמשת בצמחים כדי להפיק מתכות כבדות מהאדמה.

●  שאלות ותשובות | התראה של שעתיים מראש: איך להיערך לצונאמי בישראל
● תקווה למשותקים? היזמים הישראלים שיתחרו בשבב המושתל של אילון מאסק

המחקר החלוצי שנתקל במאבקי פטנטים ומימון

בהתפתחות האחרונה של מלחמת הסחר בין סין לארה"ב, הראשונה הגבילה את הייצוא של חמש מתכות: טונגסטן, טלור, ביסמוט, אינדיום ומוליבדן, אחרי שבדצמבר האחרון הגבילה את היצוא של חמש מתכות אחרות, ובהן גליום, גרמניום ואנטימון. את חלקן ארה"ב יכולה לייבא ממקורות אחרים, אבל במקרים מסוימים מדובר במכה אמיתית. לדוגמה, סין היא ספק מוביל של טונגסטן, המשמש בייצור של ציוד לספינות חלל ולמיקרוסקופים של אלקטרונים.

במתכת מוליבדן משתמשים בייצור מטוסים וטילים, גליום משמש למוליכים למחצה, גרמניום משמש לייצור פדלי־אפקטים של גיטרות חשמליות.

איך צמחים יכולים לעזור לספק את הביקוש? הרעיון הוא כזה: מהנדסים גנטית את הצמח כך שייטה לאגור כמויות גדולות יחסית של מתכות כבדות או חומרים רצויים אחרים הנמצאים באדמה, ולאחר מכן מפיקים את המתכות הללו מתוך הצמחים, למשל על ידי שריפה.

מבחינה סביבתית, מדובר בטכנולוגיה מנצחת. במקום "פצעים" עצומים בקרקע, אנחנו מקבלים שדה חקלאי שלכאורה רק תורם לביומאסה על פני כדור הארץ ולאיכות הסביבה. אפשר לאסוף כך מתכות שמפוזרות בכמויות קטנות באדמה, ואפילו לנקות את האדמה מהכימיקלים תוך כדי התהליך, ולהפוך אותה למתאימה לגידולים חקלאיים.

ההתפתחויות בתחום ההנדסה הגנטית הובילו לפריצות דרך שמאפשרות לייצר צמחים מתאימים יותר למשימה, וכך, שנים אחרי שעלה הרעיון לראשונה ונזנח בצד הדרך בגלל אתגרים מסחריים וסביבתיים שונים, כעת כריית מתכות מצמחים שוב תופסת תאוצה.

"המצאתי את טכנולוגיית הפיטומיינינג בשנות ה־80 של המאה הקודמת", אומר לגלובס ד"ר רופוס צ'ייני, פנסיונר של רשות המחקר במשרד החקלאות האמריקאי, המשמש כיום כיועץ לחברת Bionickel.

"בזמנו, המטרה הייתה לפתור את בעיית הזיהום של האדמה על ידי מתכות כבדות. המתכת שעניינה אותנו אז הייתה קדמיום, שהרעילה גידולים חקלאיים. ראינו שעל אדמה המזוהמת בקדמיום בכל זאת משגשגים צמחים מסוימים. היכן שראינו את הצמחים הללו, ידענו שיש שם מתכות. ואז חשבנו, אם הצמחים סופחים את הזיהום, הרי שהאדמה מתנקה".

 ד''ר רופוס צ'ייני / צילום: תמונה פרטית

בשלב הזה, צ'ייני וקבוצת המחקר שלו כלל לא חשבו על התועלת המתקבלת מהפקת המתכת עצמה, אלא רק על הדרך להוציא אותה מהקרקע. "בשנות ה־90 קיבלנו מימון לרעיון ממשקיעים", מספר צ'ייני.

"בשלב הזה הנדסה גנטית לא הייתה ממש קיימת, אבל הכלאות של צמחים היו קיימות שנים רבות. בהדרגה פיתחנו צמחים שספחו עוד ועוד קדמיום. כיוונו את הפיתוח לשדות של אורז במדינות שונות באסיה, שהאורז שגדל בהם היה מורעל, אבל אז נתקלנו בבעיה הראשונה. החקלאים לא היו מוכנים להשבית את השדה שלהם ולו לעונה אחת כדי לנקות אותו".

במקביל, נקלעה קבוצת המחקר של צ'ייני למאבק פטנטים. הייתה קבוצה של חוקרים מאוניברסיטת ראטגרס שבניו ג'רזי, שטענו שהם רשמו פטנטים על כל היישומים של פיטומיינינג בעולם, אבל לדברי צ'ייני, "הצלחנו להראות שהם לא יכולים להגביל אותנו משימוש בצמחים שזו פעולתם הטבעית".

הצרות לא נגמרו בזה. "היה לנו קשה מאוד לעבוד עם הגורם שנתן לנו את המימון, ובסופו של דבר שיתוף הפעולה הופסק. כתוצאה מכך הם לא קצרו את הצמחים, ואלה עשו מה שצמחים עושים - הפיצו את זרעיהם לרוח".

עד היום הדאגה מהפצה של זרעי צמחים מהונדסים גנטית לתוך בתי גידול טבעיים היא אחת הסיבות למגבלות על תחום המחקר הזה.

הצמחים שלכם תפסו מקום של צמחים אחרים?
"האמת שלא. זה סתם היה תקוע לאנשים בעיניים, פרחים צהובים כאלה. אני לא באמת חושב שזו בעיה, אבל לא מצאו דרך ברורה להכיל את הצמחים הללו והפרויקט נגמר".

מי רוצה לנקות נדל"ן במנהטן

באותן שנים פעלו גם חוקרים ישראלים בתחום הזה של סילוק זיהומים מהאדמה. ביניהם פרופ' יורם קפולניק, היום מנכ"ל BARD, הקרן הדו־לאומית ישראל־ארה"ב למחקר ופיתוח חקלאי.

"אם יש לך קרקע במרכז מנהטן שמזוהמת בעופרת, אז הקרקע הזאת לא שווה כלום", הוא אומר לגלובס. "העופרת הגיעה לניו יורק ממגוון מפעלי תעשייה, סדנאות ונפחיות שהיו נפוצות בה בעבר, אבל אם מנקים את הקרקע הזאת היא יכולה להפוך לנדל"ן אטרקטיבי".

 פרופ' יורם קפולניק / צילום: מעיין קץ

קפולניק עצמו היה מעורב בפרויקט כזה, עם חברת PhytoTech (שנסגרה בינתיים). הוא הדגים יכולת ניקוי עופרת וקדמיום באתר סמוך לBattery Park. במסגרת הפרויקט נערך מחזור גידול בחממה (בדיקת היתכנות לניקוי הקרקע) ומחזור גידול אחד בשטח. בשני המקרים הצמח שנבחר היה חרדל והמטרה הייתה לבדוק את פוטנציאל הקליטה.

"הרעיון היה שהצמחים ינקו לגמרי את הקרקע במשך 60־70 שנה שבהן בכל שנה יצמחו שלושה מחזורי גידול. אך גילינו בדרך הקשה כי אף משקיע לא יחכה 70 שנה לקרקע. בסופו של דבר הם הביאו טרקטורים, העמיסו את האדמה המזוהמת על משאיות ונסעו להטמין אותה בנבאדה. אם היה לי צמח שסופח פי 10 חומר, הייתי יכול לגמור את זה בשש־שבע שנים, וזה כבר היה סיפור אחר".

על פי אותו עיקרון, אפשר להציל קרקעות חקלאיות שזוהמו לאורך השנים ברעל ארסן, שנחשב בזמנו חומר הדברה לגיטימי. גם בישראל, אומר קפולניק, "יש אזור נחמד ואטרקטיבי שהיו בו תעשיות ביטחוניות, ובגלל ריכוז TNT בקרקע היום אפילו מלונה לכלב אי אפשר לבנות שם".

פרויקט אחר שקפולניק היה מעורב בו, יחד עם פרופ' איליה רסקי וצוותו מאוניברסיטת רטגארס בניו ג'רזי, אמנם לא עסק במתכות, אך השתמש באותו עיקרון כדי לנקות קרינה מצ'רנוביל באמצעות צמחים.

"יצרנו רפסודות כאלה ששטו על המים וקלטו את החומרים הרדיואקטיביים. אחר כך אפשר לשרוף אותם באופן מבוקר או לצקת אותם לזכוכית, כדי למנוע את הפיזור של הקרינה. זה היה פיילוט, בדיקה בתנאי שטח אמיתיים. הבעיה עם פרויקטים סביבתיים היא שאף אחד לא משלם עליהם".

הקרב על הניקל הצית עניין מחודש

המטרה המקורית, אם כך, הייתה לנקות את הקרקעות, בלי לחשוב על השימוש במתכת הנצברת בצמח. להיפך, השאלה איך להיפטר מהצמחים המזוהמים במתכות רעילות או ברעלים מסוגים אחרים הייתה אחד המכשולים שעמדו בפני החוקרים. אבל אז התפתח בעולם מאבק על המתכת ניקל.

המתכת הזאת משמשת בייצור של סוללות לרכבים חשמליים. אינדונזיה אחראית כיום לייצור של יותר ממחצית מהניקל בעולם, לאחר שסין השקיעה ופיתחה שם את התעשייה הזאת. כריית הניקל הכניסה לאינדונזיה הרבה מסים ונתנה לה כוח: ברצותה, היא מעלה מחירים והופכת את הניקל לנדיר. ברצותה, היא מורידה מחירים ומרסקת משקיעי סחורות. אבל הרצון שלה לסחור בניקל שלא דרך סין מוגבל על ידי כוחה של האחרונה.

הניסיונות של ארה"ב לעקוף את סין בדרך לייצור מכוניות חשמליות נתקלים באותה בעיה.

בינתיים, באינדונזיה, כריית הניקל מזהמת, מפירה איזון של בתי גידול ומשאירה פצעים מכוערים באדמת המדינה. זו בעיה נוספת גם מבחינת ארה"ב, או לפחות הייתה כזאת: חלק מהתהליכים לכריית ניקל באינדונזיה אינם עומדים בדרישות הסביבתיות של ארה"ב, והיא מנועה לייבא ניקל המיוצר על ידי חברות שלא עומדות ברגולציה.

מבחינת צ'ייני וגורמים אחרים בתחום הפיטומיינינג, המאבק על הניקל היה החוליה החסרה במודל העסקי. "אין היום שום גידול חקלאי שאפשר למכור במחיר גבוה יותר מניקל", אומר צ'ייני.

קפולניק מוסיף: "אם נמשיך להשתמש בטכנולוגיות הישנות, בעוד לא המון שנים פשוט לא יהיה עוד ניקל שאפשר לכרות. אילון מאסק צריך את הניקל למכוניות החשמליות שלו ובינתיים הסינים קנו את כל המשאבים בעולם. זה נהיה משחק מאוד מעניין".

במצב הנוכחי, פיטומיינינג נראה כפתרון כמעט מושלם: הצמחים סופחים ניקל, אחר כך שורפים אותם בטמפרטורה מסוימת, והניקל ממש זורם החוצה.

"אפשר לשלוט באילו חומרים אנחנו מפיקים מן הצמח על ידי טמפרטורת השריפה, והיכולת לעשות זאת באופן מדויק הולכת ומשתפרת עם השנים", אומר קפולניק. "מגיעים לטמפרטורה מסוימת ומוציאים החוצה מתכת לא רצויה, ואז בטמפרטורה קצת גבוהה יותר מנזילים את הניקל".

בסוף תהליך השריפה נשארים עם אפר של הצמח, שממנו אפשר אפילו להפיק חומרי דשן, עבור השדה הבא.

טכנולוגיית ההנדסה הגנטית מאפשרת כיום לשדרג את הצמחים. ניתן לתכנן את הצמח כך שהניקל ייצבר באזור מסוים שלו הנקרא חלולית (Vacuole) של התא. "שם ניתן לצבור כמויות גדולות של מתכת בלי להרוג את הצמח", אומר קפולניק.

ניסויי השדה שנערכים באלבניה

צ'ייני מספר שחזר לעסוק בתחום הזה ב־2015, והיום הוא יועץ לחברת Botanickel האירופית, מיזם משותף של יצרנית הפלדה Aperam וחברת הסטארט־אפ הצרפתית Econick, המתמחה ספציפית בתחום.

לדבריו, בוטניקל כבר עורכת ניסויי שדה באלבניה. "כשהם שורפים את הצמח שלהם, יוצא ממנו 20% ניקל בלי מתכות אחרות", הוא מתגאה. אפשר גם למצות את הניקל מהצמח באמצעות חומצה. אגב, לאחד הצמחים של בוטאניקל קראו Phyllanthus Rufuschaney. תוכלו לנחש מדוע.

באמצעות הנדסה גנטית ניתן גם לעקר את הצמח, כך שלא יהפוך למין פולש בסביבה. "אם מדובר בצמח המתרבה באמצעות האבקה, מספיק לדאוג שלא יהיה צמח בר דומה לו בסביבה, ואז אין לו את מי להאביק והוא לא יהפוך לפולש", אומר קפולניק. "אם מדובר בצמח שמתרבה ללא האבקה, אז צריך ליצור או חיץ פיז י שהוא לא יוכל לעבור או לעקר אותו".

אם רוצים להתקדם רמה אחת למעלה, חוקרים יכולים גם להחדיר גנים של צמח צובר ניקל, כמו אליסיום - הצמח שבו השתמש צ'ייני - לצמחים אחרים, למשל כאלה שאפשר להפיק מהם שמן לתעשיית הדלקים הביולוגיים לרכב.

אם מאותו צמח אפשר להפיק גם ניקל וגם שמן, אז אולי הוזלנו את המחיר עבור שתי התעשיות הללו, והפכנו את שתיהן ליותר משתלמות. היום ירידה זמנית במחיר הניקל או הנפט יכולה לשלוח מיזם כזה לאבדון, אבל אולי יהיה לו גורל אחר אם משלבים בין השניים.

"הכרייה בסין? לי זה נראה מטומטם"

לארה"ב יש יתרון בתחום הזה, מאחר שיש לה אדמות עשירות בניקל, כולל כזה המפוזר בדלילות בשכבות העליונות של האדמה. ניקל המפוזר כך קשה לכרות בשיטות הקלאסיות, אבל הוא מתאים לפיטומיינינג. אדמות עשירות בניקל בשכבות הקרקע העליונות ניתן למצוא גם בדרום אפריקה, באלבניה, בגואטלמה, בברזיל ובדרום אפריקה.

ובכל זאת, יש עדיין כמה מגבלות על הטכנולוגיה. מכל אקר (כארבעה דונמים) אפשר להפיק היום כמות ניקל המתאימה לייצור של כשש סוללות למכונית חשמלית. "צריך הרבה מאוד צמח כדי להפיק ניקל", אומר קפולניק, "אבל ככל שמפתחים את יכולת הספיחה באמצעות הנדסה גנטית או הכלאות של הצמח, הפתרון הזה הולך ונעשה נגיש יותר".

בחלק מהאדמות רוב הניקל לא נמצא בשכבות העליונות של האדמה אלא עמוק יותר, ואז אולי ניתן לבצע את הכרייה באמצעות צמחים אחרים, אבל מדובר בתהליך פיתוח נוסף שיידרש.

מכשול נוסף הוא העובדה שלא מדובר במשאב מתחדש. אחרי כריית הניקל משטח אדמה מסוים, יצטרכו לעבור לאזור אחר. אבל יש גם צד חיובי: אחרי הכרייה, האדמות שייוותרו מאחור יתאימו יותר מבעבר לחקלאות קלאסית.

לא כל המתכות הנמצאות היום במחסור מתאימות לכרייה באמצעות צמחים. לצד ניקל, טכנולוגיית הפוטומיינינג הוצעה להפקת מתכות כמו ליתיום, נחושת, קובלט, תליום וסלניום. אלה לא המתכות שנמצאת כרגע במוקד המחלוקת עם סין, אך כל הצלחה בהפקה שלהן יכולה להפחית את התלות במדינות שמתמחות בכרייה קלאסית.

גם הטכנולוגיה, אומר קפולניק, מתקדמת כל הזמן. היום, לדוגמה, אפשר להשתמש בחיידקים, כך שיעבדו חומרים מסוימים ויהפכו אותם זמינים לצמחים. "בכל פעם שמגיעים לקיר, פתאום מפתחים טכנולוגיה חדשה", הוא אומר.

"סין לא הדגימה עדיין יכולות בתחום הפיטומיינינג", אומר צ'ייני. "הם מאוד חזקים בטכנולוגיות של הכרייה הקלאסית. הם מורידים שכבות שלמות מהקרקע, ממצים את הניקל בחומצה ואז שופכים את החומצה לים. לי זה נראה ממש מטומטם".