פרופ' ערן פרידלר ופרופ' דוד ברודאי
עובדים כבר שנים זה לצד זה כחוקרים ביחידה להנדסת הסביבה בטכניון. פרופ' פרידלר עוסק במערכות מים. פרופ' ברודאי חוקר פיסיקה אטמוספרית. שיתוף פעולה אמיץ ביניהם הביא לתוצאה מרחיקת לכת – הפקת מים מהאויר, ביעילות חסרת תקדים, בכל שעה ביממה ובכל מקום על פני הגלובוס.
איך זה התחיל? מה היה הניצוץ שהניע את הפיתוח הזה?
ערן: הרעיון נולד דרך סדנאות wet skills – סדרה של סדנאות שנתיות רב-לאומיות לסטודנטים לתארים מתקדמים. בכל סדנה הצוותים מקבלים אתגר, כאשר עומדים לרשותם שבוע ימים וצוות מומחים ויועצים, על מנת לחשוב על פתרון חדשני לאתגר. הנושא של איסוף טל העסיק אותי כבר הרבה שנים, והחלטתי להגיש אותו כאתגר לסדנה שהיתה פה בטכניון. רצה המקרה ויצא שדוד היה המומחה המייעץ לקבוצה שקיבלה את האתגר שלי. הצוות הגיע לתוצר שאפשר להגיע אליו בשבוע, ושנינו הבנו שזה לא מספיק טוב.
ואז הגיע בן גידו.
בן היה סטודנט לתואר שני בהנחיה של ערן. בדיוק אז היתה הסדנה של wet skills, וערן הציע לבן להמשיך לעבוד על זה. הרעיון הבסיסי שבן עבד עליו, ושהתפתח מאוחר יותר ל-H2Oll, הוא לקחת אויר מהסביבה, לספוח מתוכו את אדי המים באמצעות נוזל מספח (Desiccant, דסיקאנט), ואז לשחרר את אדי המים לתא נפרד, ושם לקרר אותם בתנאי תת-לחץ עד לעיבוי.
דוד: כבר במאמר הראשון שלו, בן ניסח את הבסיס ההנדסי/תאורטי הדרוש להגדרה של היעילות התרמודינמית – ניסוח שממשיכים להשתמש בו היום. הוא התבסס על נתונים אקלימיים-מטאורולוגיים, כך שאפשר לעשות עבודה בסקלה גלובלית ולבדוק את הפוטנציאל של השיטה בכל מקום על פני העולם. מטבע הדברים, התעניינו קודם כל במקומות היבשים, איפה שיש מחסור קריטי במים וצריך פתרונות טכנולוגיים חדשניים לבעיה. החלק השני בעבודה של בן היה פרקטי: הוא התחיל בפיתוח של המערכת ההנדסית ברמה הראשונית, ובעצם ביצע תרגום של המשוואות התרמודינמיות למערכת שיכולה להוציא את הרעיון לפועל במציאות. הוא בדק את הבעיות, את טווחי העבודה, המגבלות, מקרי קצה, ולבסוף הכין שרטוט תהליכי עקרוני של המערכת. בעקבות זאת רשמנו פטנט בארה"ב.
איך סטארט-אפ נולד? כמו תינוק…
הרעיון של ערן ודוד התחיל מבפנים והתגלגל החוצה, ממש כמו שנולד תינוק… השלב הראשון שהתפתח במעבדה, במגרש הפרטי, על ידי מסטרנט נחוש ואמביציוזי, מתחיל לגדול ולהתגלגל.
ערן: בשלב הבא בנינו כאן בטכניון Proof of Concept – אב טיפוס ראשוני של המערכת – וייצרנו מים. מאוד התרגשנו מהכוס הראשונה ששתינו.
דוד: שאז היתה מאוד לא טעימה כי עוד לא עשינו מינרליזציה.
ערן: רצינו להתקדם, ולשם כך שכרנו את אילן שפתח את החברה הישראלית H2Oll והיום הוא המנכ"ל שלה. החברה היא spin-off של הטכניון – שנתן לאילן הרשאה להמשיך ולפתח את הפטנט שנרשם כתוצאה מהמחקר ולהביאה לכדי חברה תעשייתית. החברה הפכה את השרטוט שהיה על חצי דף A4 למכונה, ושיפרה את המערכת עם עוד כל מיני טריקים לחיסכון באנרגיה. היום יש יחידה אחת שעובדת ביתיר ויש עוד שתי יחידות נוספות בהקמה. הייתי בהשקה של המערכת השלמה הראשונה .
הרגשתי כאילו נולד לי ילד.
פרופ' דוד ברודאי: המוצר של H2Oll אטרקטיבי בעיקר ליישובים מרוחקים, שלא פעם הם גם מוחלשים חברתית ובעיית המים היא לא הבעיה היחידה שלהם. מערכת מים מבוזרת, יחד עם שדה פוטו-וולטאי להפקת חשמל, נותנים מענה למגוון רחב יותר של בעיות ה-SDG.
מה היתרון של שיטתכם על פני שיטות שהיו עד כה?
מערכות מסורתיות של הפקת מים מהאויר מבוססות על קירור ועיבוי של כמויות גדולות של אויר. הכנסה של הדסיקאנט לתמונה מאפשרת למקסם את הלחות היחסית במסת אויר נתונה בתהליך של ספיחה, וכך לרכז את אדי המים ולקרר רק אותם. בסופו של דבר נחסכים כך עד 65% מהאנרגיה שדרושה לתהליך בשיטות המסורתיות.
דוד: יש כל מיני שיטות להפקת מים המאויר – לתפוס טל, לתפוס עננים ועוד. הכוונה שלנו היתה לעשות את זה בצורה שתתאים לכל מקום ולכל מצב. כי טל אפשר לתפוס רק במקומות מסויימים בעולם, ובזמנים מסויימים ביום, וגם כמות הטל עצמה מוגבלת. אותו הדבר נכון לגבי עננים. הרעיון היה ללכת על הלחות באויר שקיימת תמיד, משמע לעבוד על סקלות גדולות. בן מצא בסקר ספרות שהוא ערך שכמות המים בלחות שבאויר שווה בערך לכל כמות המים המתוקים הנוזליים בכדור הארץ (מי תהום ועיליים). הבעיה שהלחות הזאת היא בפאזה גזית. כדי שהם יהפכו למי שתיה צריך איכשהו לעבות אותם.
השיטות המסורתיות שהיו קיימות לפני H2Oll מבוססות ברובן על מחזורי קירור של אויר ועל עיבוי של הלחות שבו. אנחנו שינינו כיוון חשיבה והוספנו מחזור תרמודינמי של ספיחה. תמיסת מלח מפרידה את הלחות מהאויר בשלב הראשון של התהליך על ידי ספיחה, אבל כדי לשפר את היעילות האנרגטית של המערכת הפרדת הלחות מהאוויר אינה מלאה. כלומר המערכת מתוכננת להסרה חלקית וזולה אנרגטית של לחות מהאוויר בלי שאיפה להגיע ל- 100% ייבוש שלו. בשלב השני, הצמוד אך הגמיש מבחינה תפעולית, מבוצעת רגנרציה לתמיסה הסופחת. הלחות משתחררת מהתמיסה על ידי חימום בתא נפרד. בשלב השלישי הלחות, המהווה כרגע אחוז מאוד גבוה בחלל הריגנרטור עוברת קירור. הקירור הוא כמעט אך ורק של אדי מים ולכן יותר יעיל אנרגטית. במחקר המגיסטר של בן הוא הראה היכן בעולם יש פוטנציאל ליישום הרעיון לשם הפקת מים. הוא גם הראה שקירור ישיר, הטכנולוגיה הפשוטה והמקובלת כיום, היא מוגבלת ובזבזנית באנרגיה, במיוחד באזורים בהם הפקת מים מהאוויר היא הפתרון העדיף ולפעמים היחיד. המערכת שהגינו, תכננו ובנינו מאפשרת אספקת מי שתייה באזורים מרוחקים בהם אין אלטרנטיבה כלכלית לכך ומאפשרת אספקת מים לשתייה ובישול במקומות בהם הם דרושים ביותר. ייצור מבוזר של מים הוא החדשנות של הרעיון.
ערן: הדסיקאנט הוא בסך הכל תמלחת של ליתיום-כלוריד שסופח לחות מהסביבה. היתרון הגדול זה שהוא נוזלי, ככה שאפשר לעבוד איתו באופן רציף ולא מנתי. הוא גם משמש כמחסום פיזי וכחומר מחטא, המונע ממזהמים ביולוגיים וכימיים לחדור אל מי השתייה.
SDG – Sustainable Development Goals:
17 יעדי פיתוח בר-קיימא שקבע האו"ם, שמטרתם להגדיר דירקטיבה משותפת להתמודדות עם האתגרים הגדולים של המאה: עוני, רעב, מים נקיים, אנרגיה בת־קיימא, חינוך, בריאות, שוויון מגדרי, אקלים ועוד.
דוד: כדי שזה יתאים לעבודה בתנאי סביבה משתנים – בכל שעות היממה ובמקומות שונים בעולם – צריך היה למצוא חומר שיעמוד בכמה שיותר מצבים. אחרי שניסינו כמה וכמה דסיקאנטים אפשריים, היה צריך לבחור את האחד האופטימלי, והליתיום-כלוריד היה מספיק כללי וגם בלתי רעיל.
ערן: המערכת עובדת בשני מעגלים, האחד זה מעגל הספיחה של הלחות מהאויר על ידי הדסיקאנט הנוזלי וחימום שלו בתת לחץ כדי שהאדים יעזבו אותו וימשיכו הלאה. המעגל השני הוא עיבוי של אדי הלחות בקירור. תת הלחץ מאפשר טמפ' נמוכה של ארבעים מעלות בזמן ההפרדה, שזו טמפ' סביבתית. בנוסף, אנחנו לא משקיעים אנרגיה בחימום, אלא משתמשים בחום שנפלט ממערכת הקירור. שני הצדדים של מחליפי החום תורמים לתהליך
והחדשנות לא נגמרת כאן. חוץ ממספח נוזלי וחוץ מהחשיבה מחוץ לקופסה של מערכות הקירור, דוד וערן מגלים שלמערכת שלהם יש יתרונות נוספים אשר הופכים את הפיתוח הזה ליותר ממה שהם חשבו שהוא יהיה בהתחלה.
דוד: הבנו שהחכמה היא לא מפעל מרכזי כמו מפעל התפלה. עלות ההולכה של המים היא יקרה, ולכן הרעיון הוא לפתח מערכות ייצור מבוזרות: מייצרים את המים בדיוק בנקודה בה צריך אותם, וכך חוסכים את העלות של מערכות ההובלה. גם זו חדשנות. כמו בייצור חשמל, הפרדיגמה היתה ייצור בתחנת כח, אבל בשנים האחרונות הייצור הפוטו-וולטאי המבוזר הולך ומתבסס. המערכת שלנו עושה את אותו הדבר אבל עם מים. אמנם ייצור מים מהאויר יקר ולא מתחרה בהתפלה, קרי במערכות הריכוזיות, אבל ככל שמצוקת המים גדלה במקום מסוים, וככל שהמקום הזה מרוחק יותר, כך המערכת המבוזרת נחוצה יותר, אטרקטיבית יותר, ותחרותית יותר מול החלופה של מתקן התפלה. היתרון הכלכלי מגביר את פוטנציאל התחרותי של המוצר. אבל מערכת מבוזרת יכולה לפתור עוד כל מיני בעיות שלא חשבנו עליהן בשלב הראשון. המוצר של H2Oll אטרקטיבי בעיקר ליישובים מרוחקים, שלא פעם הם גם מוחלשים חברתית ובעיית המים היא לא הבעיה היחידה שלהם. אז יחד עם מערכת המים שלנו, יקימו שדה פוטו-וולטאי שיספק אנרגיה, בין היתר גם למערכת המים – ושוב באופן מבוזר. הפתרון המשולב של מים וחשמל נותן מענה למגוון רחב יותר של בעיות ה-SDG. למשל, הוא מרחיב את מעגל העבודה שכן דרושים כעת אנשים לתפעול ולתחזוקה של המתקנים. כך יוצא שהרעיון החדש מתחבר לתפיסה של פיתוח בר-קיימא,
וההשפעה החיובית מתרחבת. יש לזה חשיבות אדירה במונחים של חדשנות.
פרופ' ערן פרידלר: בנינו כאן בטכניון Proof of Concept וייצרנו מים. מאוד התרגשנו מהכוס הראשונה ששתינו. אחר כך שכרנו את אילן שפתח את החברה הישראלית H2Oll והיום הוא המנכ"ל שלה. הייתי בהשקה של המערכת הראשונה בfull scale . זה הרגיש כאילו נולד לי ילד.
היו רגעים קשים? רגעים של ייאוש?
דוד: להשיג מימון וגם שותפות של חברות עסקיות ואזרחיות לפרוייקט כזה זה קשה. להרבה אנשים יש רצון טוב אבל כשיורדים לפרטים כל אחד מחפש את שורות הרווח – בלי להכחיש שצריכה להיות כזאת – אבל העסק שלנו הוא עסק מורכב וקשה להרוויח ממנו מהר. רווח מהיר מתקבל אם מוכרים הרבה או אם עלויות הייצור זולות. לכן סטאראפים של software פורחים כל כך בקלות בשנים האחרונות, ובייחוד בישראל. אבל לטכנולוגיות hardware יש הרבה פחות סטארטאפים, מאחר שזה יקר יותר, איטי יותר, וקשה לשכנע משקיעים לתמוך בזה.
ערן: חלק מהרכיבים של המערכת היה צריך לבנות יש מאין. זה לא חלקים שאפשר לקנות בחנות או להזמין באינטרנט. אין להם קו-ייצור. אז זה קשה יותר, יקר יותר, ודורש מיומנות של העובדים בחברה. אנחנו מדברים על מערכות של לחץ נמוך – מה שמקשה מאוד על הגילוי של דליפות פנימיות שמאוד קשה לגלות. אנחנו מדברים על מעורבות של נוזל קורוזיבי שחייב אותנו לאתר פלדה מיוחדת. ההקמה של כל מערכת כזאת היא יקרה. שורת הרווח מגיעה הרבה יותר מאוחר כי צריך קודם להחזיר עלויות, ולכן ההשקעה פחות מושכת משקיעים. ניסינו לפנות להרבה קרנות גדולות ברחבי העולם, כולל כאלו שידועות כמעודדות חדשנות בתחום של קיימות ושוויון הזדמנויות חברתי, ונתקלנו בדלתות סגורות.
כדי לפרוץ את המחסום הזה, דרושה מעורבות של הרבה אנשים עם השפעה פוליטית ויכולת כספית. צריך להגיע למסה קריטית של אנשים שיהיו מעורבים בפרוייקט, וזו עבודה מאוד קשה.
פיתוח של מוצר מסוג זה מחייב אישורים ממשרד הבריאות, המשרד להגנת הסביבה ותקינה מתאימה במכון התקנים. את האישורים האלה יש לקבל בכל אחת ממדינות היעד. זה רק עוד אחד מהאתגרים שצריך להתמודד איתם בדרך לפיתוח המוצר ושיווקו.
דוד: בניגוד למערכות In-door שבהם תנאי הסביבה מבוקרים ונשלטים, כאן תנאי הסביבה משתנים, בלתי צפויים ומגיעים לעיתים לערכי קיצון שיש לעמוד גם בהם. המערכת עצמה משתמשת בסביבה, ומבצעת החלפת מסה עם הסביבה, תחת תנאי סביבה משתנים. מדובר באתגר משמעותי אבל למדנו להתמודד איתו.
פרופ' דוד ברודאי: המוטיבציה הראשונה שעמדה לנגד עיננו היא סיוע למדינות העולם השלישי. אבל גילינו שהמשקיעים לא מתעניינים באותן מטרות חברתיות-מוסריות שהובילו אותנו. הם רצו לעשות כסף מהיר.
מה החזון שלכם למוצר?
ערן: המטרה שלנו היא שבשלב ראשון יקנו את המוצר אלו שצריכים ויכולים. מדינות כמו אוסטרליה, ארה"ב, ערב הסעודית, איראן. אלו כלכלות חזקות עם הרבה כסף שסובלות מבעיות מים חמורות. אחרי שאלו יטמיעו אצלן את המוצר ויָראו שזה עובד, אפשר יהיה להטמיע אותו במדינות המתפתחות, העניות יותר.
דוד: המוטיבציה הראשונה שעמדה לנגד עיננו היא סיוע למדינות העולם השלישי. אבל גילינו שרבים מהמשקיעים לא מתעניינים במטרות חברתיות-מוסריות שהובילו אותנו. הם רצו לעשות כסף מהיר. אלו שהמטרות שלנו מעניינות אותם בדרך כלל לא מסוגלים לתת מספיק תמיכה כלכלית. אז יעד הביניים הוא לבסס את המוצר במקומות עשירים שסובלים ממחסור במים, ומשם החברה תוכל להתפתח, להוביל את הייצור, ובסופו של דבר להגיע ליותר קהלים, לציבור מוחלש שאליו כיוונו מלכתחילה. אבל חשוב להבין שיש דיסוננס בין החזון האמיתי שלנו – לעזור לאנשים שזקוקים לעזרה שלנו ברמה קריטית – לבין חוסר היכולת שלהם לממן את זה וחוסר הרצון של המשקיעים לממן את זה.
