לפצח את הדנ"א של החומרים

נשיא האוניברסיטה, פרופ' אריה צבן

נשיא אוניברסיטת בר-אילן, פרופ' אריה צבן, הציג לנשיא אובמה את פתרונו ל"חרדת הטווח" של המכונית החשמלית הטמון בסוללת האלומיניום-אוויר שהמציא, המאפשרת לגמוא מרחק של 350 ק"מ (פי שניים מהיכולות עד כה) ומתודלקת במים להכפלת המרחק הזה; עתה הוא שם לעצמו למטרה לפתח תאים סולריים, שיפחיתו השימוש המזהם בתחנות כוח, בין היתר, באמצעות פיתוח היכולת ליצור חומרים לפי רשימת תכונות רצויה // זיו עדאקי

 

טייס חיל האוויר הגבוה בתולדות צה"ל לא מפסיק לכוון גבוה וגם לקלוע. פרופ' אריה צבן מהמחלקה לכימיה ומהמכון לננו-טכנולוגיה ולחומרים מתקדמים, שבראשו עמד כשבע שנים, מדען בעל שם עולמי וזוכה פרס המדען המצטיין לשנת 2015 של האגודה הישראלית לכימיה (ICS) עוסק במדע החומרים. "במעבדה שלי אנחנו מנסים לפתח חומרים מהפכניים, שישנו את פני העולם. הבסיס לכל טכנולוגיה חדשה טמון בחומרים, ופיתוח של חומר נעשה לצרכים יישומיים ולכן באותה מידה שאנו חוקרים ולומדים את החומרים אנו מתעסקים גם באפליקציות, ובעיקר באפליקציות שקשורות לאנרגיה נקייה ובת-קיימא," אומר פרופ' צבן, שעל שמו 13 פטנטים, 9 מהם מוסחרו בארבעה חברות הזנק שיזם.

אחת מהמצאותיו של פרופ' צבן, והידועה שבהן היא סוללת האלומיניום-אוויר לרכב חשמלי. "אנו צופים שבשנת 2018 יעלו על הכביש מכוניות חשמליות לחלוטין, שבהן מורכבות הסוללות שפיתחנו במעבדה. בשנת 2000 התחלנו במדע הבסיסי וב-2008 מסחרנו את הטכנולוגיה לחברת ההזנק המצליחה "פינרג'י", שרכב הדגמה שלה כבר נוסע. פינרג'י משתפת פעולה עם שלוש יצרניות רכב מוכרות, שיש להן מחזורי מכירות של כמה מיליוני דולרים ועם חברה גדולה, המספקת אלומיניום. חברה שוויצרית הוכיחה בעת האחרונה את יעילותן של הסוללות הללו גם בספינות."

הפיתוח הזה הוא דוגמה לאפשרויות המעשיות הגלומות במחקר בסיסי באוניברסיטה, שיכול לתרום תרומה ממשית לשיפור העולם, חדשנות במעבדה יכולה להפוך למהפכה מסחרית.

 

פרופ' צבן ממשיך בשאיפתו לאפשר לנו לחיות את החיים המודרניים במלואם מבלי לגרום נזק חמור לסביבה וכבונוס אולי גם לשחרר את המערב מהתלות במעצמות הנפט. "אנו עובדים היום על פיתוחם של תאים סולריים שעושים חשמל משמש, הנקראים תאים פוטו-וולטאיים. בשנת 2012 התגלתה משפחה חדשה של תאים כאלה, תאים היברידיים הבנויים מחומר אורגני ואי-אורגני. אנו מאמינים שהשילוב הזה הוא האחראי ליעילותם האדירה. בתאים הללו מתרחש קסם, שהחוקרים עדיין לא פענחו, ואנו משתתפים במאמץ הכלל-עולמי  להבין את אופן הפעולה שלהם כדי שנוכל לשפר אותם ולהתגבר על נקודות התרפה שלהם.

"כדי להבין עד כמה התאים הללו מהפכניים," מסביר פרופ' צבן "המחקר בתאים סולריים במעבדה מתחיל ב-3-2 אחוזי יעילות (אחוז האור שמשפיעה עלינו השמש שהתאים מצליחים להפוך לחשמל) ולוקח 20 שנה לפתח אותם לתאים מסחריים, שיעילותם נעה בין 15 ל-18 אחוזים. והתאים הללו, שאותם אנו חוקרים היום, הם בני 3 שנים בלבד, ויעילותם מגיעה כבר עתה ליותר מ-20 אחוז. יעילות כזאת משנה את כל תחשיבי הכדאיות של שימוש בטכנולוגיה הסולרית על פני תחנות כוח ופותחת לפנינו עולמות שימוש חדשים."

 

במעבדתו של פרופ' צבן מייצרים כבר עתה תאים פוטו-וולטאיים שיעילותם עומדת על 17-16 אחוז, התאים הטובים בארץ, שגם בהיבט העולמי מעידים על יכולת מרשימה מאוד. "אולם כרגע המאמץ שלנו הוא לא בשיפור היעילות אלא בהבנה, בפיצוח הקוד, שיאפשר לנו, למשל, לפתור את אחת הבעיות המרכזיות של התאים האלה – חוסר היציבות שלהם. אם נצליח להבין את הקסם נוכל לפתח חומרים יציבים שיספקו את אותם הביצועים," מסביר פרופ' צבן ומוביל אותנו אל המיזם השאפתני ביותר שהוא וצוותו עובדים עליו היום במעבדה: ייצור חומרים על פי מפרט תכונות – Matirial by Design.

 

"בעולם שלנו מונח ה-Big Data כבר קנה לו שליטה, קורלציות סטטיסטיות בתוך מסד נתונים ענקי מאפשרות לנו לכרות ידע. הדבר נפוץ מאוד בעולם המכירות והכספים. כל החברות הגדולות אוספות עלינו מידע רב ועושות קורלציה בין חיפוש לצריכה, למשל, בין היריון למלפפון חמוץ; החברות הללו מקדמות את האינטרסים שלהן, קרי למכור או להגדיל את רווחיהן בבורסה. המטרה שלנו," אומר פרופ' צבן "היא לרתום את היכולות האלה כדי לפתח חומרים חדשים. למשל, לתאים פוטו-וולטאיים זולים, יעילים, שגם חיים לנצח – שדיברנו עליהם קודם, זכוכיות שמתנקות מעצמן או חומר שיאפשר לנו ליצור אלקטרוניקה שקופה. הקושי המרכזי הוא שאין די נתונים על חומרים, אם בשל פיזור המידע במאמרים ואם משום שהמדענים נגעו בשברירי האחוז מהאפשרויות הטמונות בחומרים. יש לנו הרבה-הרבה ביליונים של אפשרויות חומרים, ואנו מכירים עשרות אלפים אולי מאות אלפים. במעבדה פיתחנו מעין בית חרושת למידע, רובוט מתוחכם מייצר בעבורנו חומרים בקצב גבוה ומאפיין אותם. כך אנחנו בונים מסד נתונים של חומרים, מפתחים אותו ומתחילים להפעיל עליו את הכלים שלBig Data, כגון כריית מידע; לאט-לאט או מפתחים יכולות לפתח תכונות. יש בזה משהו שדומה לפיצוח הגנום האנושי.

פיצוח הגנום של החומרים יאפשר לנו במקום לחפש חומר מסוים במאגר החומרים הידועים לנו ליישום הספציפי שלנו, להרכיב חומר על פי רשימת תכונות. התעשייה תוכל לפנות אלינו עם רשימה של תכונות בכל רמת מורכבות (חומר בעל מוליכות גבוהה, שלא יישבר בעומסים גבוהים, שצבעו ירקרק בהיר או כתום ועוד אינסוף תכונות ושילובי תכונות) ואנו נרכיב בעבורה את החומר המתאים. יכולת כזאת תפרוץ מחסום גדול מאוד בעולם החומרים ותקפיץ את האפשרויות הטכנולוגיות כך שמדע בדיוני יהיה למדע מעשי.

זהו מיזם שאפתני, חדש וחדשני, עתיר טכנולוגיה ומורכב מאוד, התחלנו בו לפני כחמש שנים ועוד דרך ארוכה לפנינו," אומר פרופ' צבן, שמעבדתו נחשבת לאחת המעבדות המתקדמות בתחום הזה בעולם, אם לא המעבדה המתקדמת שבהן.

פרופ' צבן מציג את רכב ההדגמה בפני נשיא ארצות הברית ברק אובמה
  • Black Facebook Icon
  • Black LinkedIn Icon
  • Black YouTube Icon
  • BIU-16.jpg
צרו קשר

טלפון:​ ​03-5317848

מייל: Israel.Friends@biu.ac.il