אחד הסטודנטים העובדים על המחקר האמור בטכניון הוא ולדימיר ז’וק, שעלה לישראל יום אחרי שקיבל צו גיוס לצבא הרוסי. לדבריו, “אני רוצה להשתקע בישראל”
ביטחון תזונתי הוא אתגר עולמי בשל הגידול באוכלוסייה ושינויי האקלים. אחד הפתרונות המתפתחים בתחום זה הוא “חקלאות ורטיקלית”, שיטת גידול אנכית של צמחי מאכל בחדרי גידול מבוקרים, על גבי מצע מנותק.
לחקלאות זו יתרונות רבים על פני המתחרה האופקית המסורתית. היתרון החשוב ביותר הוא ניצול יעיל של המרחב, מכיוון שכמות גדולה של מזון מיוצרת בתא שטח קטן. כמו כן, סביבת הגידול המבוקרת מאפשרת ייצור מזון במהלך כל השנה, ללא תלות בתנאים חיצוניים, בצריכת מים פחותה, תוך שימוש מינימלי בקוטלי עשבים וחרקים ובזיהום אוויר מופחת.
חוקרים וחוקרות בקבוצת המחקר של פרופ’ חבר יואש לברון מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים בטכניון, בשיתוף עם ד”ר לידור שער-משה מאוניברסיטת חיפה וד”ר אור שפירא ממו”פ צפון, עובדים על מחקר שמטרתו לפתור בעיה מרכזית בתחום החקלאות האנכית – צריכת האנרגיה הגבוהה. בשל הצורך בתאורה מלאכותית ומערכות קירור, מתקנים של חקלאות אנכית צורכים הספק משמעותי, בטווח של עשרות מגה-וואטים, מה שמייקר מאוד את הפתרון, ולמעשה מהווה מכשול מרכזי לפריצה של טכנולוגיה זו.
הפתרון שמציעים החוקרים מבוסס על ייעול תהליך הפוטוסינתזה, על ידי הארה מלאכותית שאינה רציפה אלא מתרחשת במחזורי פעולה קצרים. פוטוסינטזה הוא תהליך ביוכימי אשר הופך פחמן דו-חמצני לסוכרים בעזרת אנרגיית האור. תהליך זה אינו מתרחש בצורה רציפה אלא במחזורים של מספר ננו-שניות, כך שחלק גדול מהפוטונים המגיעים לצמח לא מנוצלים בצורה אופטימלית בתהליך הפוטוסינתזה, אלא מתבזבזים בדרכים שונות, כגון חום או פלורסנציה. משום כך, תאורה של הצמחים בפולסים קצרים עשויה לחסוך אנרגיה רבה ולהביא לחסכון משמעותי בחשמל המושקע בהארה ובקירור. זהו העקרון המדעי שעליו מושתת מחקר זה.
תמונה :2 תוצאות הניסוי: צמחים הגדלים בתאורה דלת-הספק. למעלה – תאורה רציפה )ביקורת(. באמצע – תאורה בפולסים בצריכת אנרגיה של .50% למטה – תאורה בפולסים בצריכת אנרגיה של .20% קרדיט: לידור שער-משה
פרופ’ לברון מוסיף : “המטרה שלנו היא לחסוך אנרגיה בחממות גדולות של חקלאות אנכית, כדי לאפשר ייצור מזון בקנה מידה תעשייתי באמצעות טכנולוגיה זו. אנו מקווים להשיג זאת באמצעות תאורה יעילה יותר, אשר עושה שימוש בפולסים בתדר גבוה במיוחד, פי 10 לפחות מפתרונות הקיימים היום. כדי לעשות זאת נצטרך לתכנן מעגלי אלקטרוניקת הספק יעילים וזולים, המותאמים לשימוש זה, ולבחון כיצד הצמחים מגיבים לכך.”
אחד הסטודנטים שעובד על המחקר – ולדימיר ז’וק, מתמקד בתכנון המעגלים האנלוגיים הנדרשים, וגם מבצע את הניסויים בפועל. אחת ממטרות המחקר שלו היא למצוא את הפרמטרים האופטימליים עבור התאורה – ספקטרום, תדרים וזמן מחזור פעולה (Duty cycle) – המספקים את צריכת האנרגיה הנמוכה ביותר, תוך שמירה על איכות היבול. יש כבר תוצאות בשטח – החוקרים הצליחו להוריד את מחיר ייצור המעגלים בפקטור של 20 (!), וניסויים ראשונים הראו פוטנציאל גידול חסה ועגבניות עם חיסכון כ-50% בצריכת החשמל. מטרת המחקר היא לשפר זאת עוד, ולהגיע לצריכת אנרגיה של כ-20%. החוקרים משערים שניתן לעשות זאת על ידי תכנון מעגלים יעילים יותר והתנסות עם פרמטרים שונים של הגידול. החוקרים בודקים גם שני כיוונים נוספים: הראשון הוא שימוש באלגוריתמים לומדים כדי למצוא את הפרמטרים שעבורם הצמחים גדלים בצורה מיטבית, והשני הוא שימוש בכלים גנטיים ועריכה גנומית על מנת לפתח צמחים המותאמים לגידול בתנאי תאורה מלאכותית.
פרופ’ לברון וד”ר שער-משה מזמינים סטודנטים וסטודנטיות לקחת חלק במחקר מרתק זה.
מעבר למחקר, סיפורו האישי של ולדימיר הוא סיפור יוצא דופן. הוא חקר את ההיסטוריה של משפחתו, וכאשר גילה שיש לו שורשים יהודיים החליט לעלות לארץ ולהשלים את התואר השני שלו בטכניון. לאחר תחילת המלחמה בין רוסיה לאוקראינה, ומשהוכרז גיוס ב-21 בספטמבר, הזמין את הטיסה הראשונה שהייתה זמינה לישראל. יום לפני שעזב את רוסיה קיבל צו גיוס, אך למרבה המזל הצליח לחצות את הגבול בבטחה למוחרת. כחודש לאחר קבלת תעודת הזהות שלו התקבל לפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי כסטודנט בקבוצת המחקר של יואש לברון. לדברי ולדימיר, “לאחר שאמצה את מלוא היתרונות של התואר השני בטכניון, ואשלים את התוכנית בהצטיינות, אני רוצה להשתקע בישראל. אני נהנה מהחיים החדשים שלי בישראל, והבנתי שאני רוצה להתחייב לחיים בארץ הזו, להתפתח אישית ומקצועית, ולהביא ערך למדינה.”
ד”ר לירן קציר – עמית מחקר בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים – בחממה הניסיונית
קרדיט: לירן קציר
