תַקצִיר
מהו גומי ומהיכן הוא מגיע? גומי הוא משאב טבעי שמיוצר על-ידי צמחים ונוכח בהרבה טוּבין שמשמשים אותנו בחיי היומיום. לגומי יש תפקיד חשוב בהיסטוריה האנושית, לכל אורך ההתפתחות של ציוויליזציה אנושית. הוא עדיין משחק תפקיד חשוב, וזו הסיבה לכך שאנו צריכים לחפש מקורות גומי חדשים. כיום, 99% מהגומי הטבעי שאנו משתמשים בו מיוצר מעץ שנקרא הוואה ברזילאית. במאמר זה אנו נספק פרטים על החלופות הטובות ביותר שזמינוֹת היום למקורות גומי.
מהו גומי טבעי?
גומי טבעי מיוצר מצמחים ומסווג כפּוֹלִימֶר. פולימר הוא תרכובת כימית עם מולקולות גדולות שמורכבות מהרבה מולקולות קטנות מאותו הסוג. חלק מהפולימרים קיימים באופן טבעי ואחרים מיוצרים במעבדות ובמפעלים.
גומי טבעי הוא אחד הפולימרים החשובים ביותר לחברה האנושית. גומי טבעי הוא חומר גלם הכרחי שמשמש ליצירה של יותר מ-40,000 מוצרים. הוא משמש במכשור רפואי, כפפות ניתוח, כלי טיס וצמיגי מכוניות, מוצצים, בגדים, צעצועים וכדומה. גומי טבעי מיוצר מלָטֶקְס, נוזל חלבי שנמצא בצינורות לטקס או בתאים של צמחים שמייצרים גומי. בסביבות 20,000 מינים של צמחים מייצרים לטקס, אולם נמצאו רק 2,500 מינים שמכילים גומי בלטקס שלהם. הפונקציה הביולוגית של גומי בצמחים אינה ידועה לגמרי. אולם נמצא שגומי יכול לסייע לצמחים להתרפא אחרי שהם ניזוקים, על-ידי כיסוי הפצעים שלהם ועצירת הדימום. זה עוצר את כניסתם של חיידקים ווירוסים מזיקים לצמחים.
תכונותיו של גומי כוללות חוזק רב ויכולת להימתח פעמים רבות בלי להישבר. תרכובות של גומי טבעי גמישוֹת באופן יוצא דופן, הן מבודדוֹת חשמלית ועמידוֹת בפני הרבה חומרים מְאַכְּלִים (קורוזיביים) [1].
גומי סינתטי (שמיוצר על-ידי בני אדם) יכול להיות מיוצר באמצעות תהליכים כימיים, אולם אנשים לא היו מסוגלים להפיק גומי סינתטי שיש לו את כל התכונות של גומי טבעי. לכן, גומי טבעי לא יכול להיות מוחלף על-ידי גומי סינתטי במרבית היישׂומים שלו. זו הסיבה לכך שגומי טבעי עדיין חשוב מאוד בחברה האנושית [2].
ההיסטוריה של גומי טבעי
לפני הרבה מאוד שנים, בשנת 1600 לפני הספירה, אנשים מזו-אמריקאים ממקסיקו וממרכז אמריקה השתמשו בגומי נוזלי עבור תרופות בטקסים ועבור ציורים. רק אחרי כיבוש אמריקה השימוש בגומי הגיע גם לעולם המערבי. כריסטופר קולומבוס היה אחראי למציאת גומי בשנות 1490 המוקדמות. מקומיים מהאיטי שיחקו פוטבול עם כדור שמיוצר מגומי, ומאוחר יותר, בשנת 1615, פריי דה טורקוומטדה כתב על ילידים ועל מתיישבים ספרדיים בדרום אמריקה שנעלו נעליים ולבשו בגדים וכובעים שיוצרו על-ידי טבילת בדים בלטקס, מה שהפך את הפריטים האלה לחזקים יותר ועמידים למים. אולם לגומי היו כמה בעיות: הוא הפך דביק בתגובה למזג אוויר חם, והוא התקשה ונסדק במזג אוויר קר.
מאה אחת מאוחר יותר, ב-1734, צ’רלס מארי דה לה קונדאמין יצא לטיול בדרום אמריקה. שם הוא מצא שני עצים שונים שמכילים לטקס: הוואה ברזילאית (איור 1B) וקסטילואה אלסטיקה [3], אולם רק הראשון נהיה חשוב כמקור לגומי. הסיבה לכך שעץ ההוואה גָּבַר על הקסטילה הייתה האופן שבו הלטקס שלו מועבר דרך הגזע. לעץ ההוואה מחוברות צינוריות לטקס (איור 1A) שיוצרות רשת, בעוד שעץ הקסטילה לא יוצר מערכת מחוברת. הודות למערכת המחוברת שלו, עץ ההוואה מוציא לטקס כשמוכנס לתוכו עירוי מיוחד (איור 2). ללא חיבורי צינורית הלטקס, עץ הקסטילה לא מוציא לטקס, מה שמקשה על מיצוי הגומי.
- איור 1 - (A) הגזע של ההוואה הברזילאית והגדלתו של החלק האורכי של הצינוריות המחוברות.
- (B) מטע ההוואה הברזילאית וציור של העלים, הפרחים והפירות של הצמח הזה.
- איור 2 - הוואה ברזילאית, עם עירוי מיוחד שנוצר למיצוי לטקס.
בשנת 1839, צ’ארלס גודיר המציא את תהליך הגיפּוּר, שפתר בעיות רבות הקשורות בגומי. תהליך הגיפור הוא תהליך של טיפול בגומי עם גופרית וחוֹם, כדי להקשות אותו בעוד שהאלסטיוּת שלו נשמרת. הוא מונע את ההימסוּת של הגומי בקיץ ואת ההיסדקוּת שלו בחורף. כמה שנים אחרי התגלית החשובה הזו, בשנת 1888, דאנלופ המציא את גלגל הגומי המלא באוויר, מה שהפך את הגומי להיות חומר גלם חשוב ביותר ברחבי העולם. גומי היה לחומר הכרחי עבור המהפכה התעשייתית.
בין השנים 1850 ל-1920, אנשי עסקים דחפו יזמים וסוחרים להגדיל את כמות הגומי שממוצה מעצים באמזונס. במהלך התקופה הזו, האמזון הברזילאי היה המקור היחיד לגומי והוא שלט במחיר, מה שגרם לגומי להיות יקר. באתו הזמן, ככל שיותר ויותר תעשיות התפתחו באירופה ובארצות הברית, נמצאו לגומי שימושים נוספים [4]. גומי היה חומר חשוב כל כך לברזילאים שהם אסרו על יצוא של הזרעים והשתילים שלו. אולם בשנת 1876 ה. א. וויקהאם הצליח להבריח 70,000 זרעי גומי שהוחבאו בתוך עלי בננה ולהביא אותם לאנגליה. מבּין הזרעים האלה שרדו רק 1,900 נבטים ונשלחו למלזיה להתחלת מטע הגומי הראשון באסיה. זה סִמֵּן את תחילת הסוף של ברזיל כיצרנית הגומי העיקרית. לאחר 12 שנים, ייצור הגומי מהמטעים החדשים במלזיה היה תחרותי כמו זה שבאמזון, והמטעים הללו נהיו במהרה לספקי הגומי הטבעי העיקריים בעולם (איור 3).
- איור 3 - כותרת (A) Hevea brasiliensis הגיע מהמאמזון ועשה את דרכו למלזיה, יצרנית הגומי הטבעי העיקרית בעולם.
- (B) Hevea brasiliensis. (C) מקור חלופי לגומי, שנקרא וּוַאיוּלִי (Parthenium argentatum). (D) מקור חלופי לגומי, זן של צמח שן הארי (Taraxacum koksaghyz).
הנרי ניקולס רידלי היה מדען שנהיה למנהל הגנים הבוטניים של סינגפור בשנת 1888. בעודו עובד שם הוא מצא את 11 עצי הגומי הראשונים שניטעו במלזיה, והתחיל לקדם את יסודם של מטעי עץ הגומי. זמן מה מאוחר יותר הוא פיתח שיטה מהפכנית להפקת לטקס מעץ ההוואה בשיטה שנקראת איסוף מתמשך (continuous tapping). איסוף הוא התהליך של הסרת הלטקס מהעץ. הגילוי הזה אִפְשֵׁר הגדלת תפוקת הלטקס מכל עץ, וגומי היה לחומר הכרחי להתפתחות של סינגפור. המטעים החדשים היו תחרותיים יותר במחיר, ולכן מסוף המאה התשע עשרה ועד למלחמת העולם הראשונה איסוף גומי ממקורות באמריקה הטרופית ירד באופן משמעותי. במהלך המלחמה, אספקת הגומי ירדה משמעותית. ארצות הברית, גרמניה ורוסיה התחילו לחפש מקורות גומי חלופיים, טבעיים או סינתטיים, מאחר שהעצים באמזון לא סיפקו מספיק גומי עבור הצרכים שלהן [3]. כמה תוכניות מחקר החלו במדינות האלה, אולם אחרי המלחמה אספקת הגומי ממטעים במלזיה התחדשה, והמאמץ למצוא מקורות גומי חדשים נעלם כמעט לגמרי.
כיום, בסביבות 90% מהגומי הטבעי מיוצר באסיה, כאשר תאילנד ואינדונזיה הן ספקיות הגומי החשובות ביותר (מספקות יותר מ-60% מהגומי הטבעי בעולם).
מדוע אנו מחפשים מקורות גומי חדשים?
בשנים האחרונות, החיפוש אחר מקורות חלופיים לגומי החל שוב. ישנן 3 סיבות עיקריות לכך:
1. איומים על עץ ההוואה הברזילאית וייצור הגומי שלו
ראשית, עצי הגומי חשופים לכמה מחלות ומאחר שמטעי גומי באסיה התחילו מכמות קטנה של זרעים, כל העצים דומים מאוד מבחינה גנטית. מגוון גנטי קטן יותר משמעותו יכולת קטנה יותר להילחם כנגד מחלות הצמח. אם עץ אחד נעשה חולה, המחלה יכולה להתפשט במהרה לכל המטע. כיום, המחלה החשובה והמסוכנת ביותר שההוואה הברזילאית סובל ממנה נקראת מחלת שׁידפון העלה הדרום אמריקאית (South American leaf blight disease). המחלה הזו יכולה לגרום להֶרֶס של מטע שלם. היא עדיין מוגבלת לאמריקה הטרופית, אולם אם היא תגיע לאסיה היא יכולה לשים קץ למטעי הגומי. בתנאים טבעיים, עצי גומי גדלים בדרך כלל עם הרבה מרחב ביניהם. בטבע, נזק רציני להוואה ממחלת שידפון העלה הדרום אמריקאית אינו שכיח מאחר שסוגי העצים האחרים שגדלים בין עצי הגומי לא רגישים למחלה, ופועלים כחוצצים. אולם במטעים שבהם עצי גומי גדלים קרוב מאוד זה לזה, המחלה יכולה להפוך לקטלנית.
שנית, איום חשוב לשוק הגומי הטבעי הוא השוק התחרותי מאוד והגדל במהרה של שמן דקלים ומוצרי המשנה שלו. ישנה דרישה גדלה גם לגומי וגם לשמן דקלים, אולם במלזיה האזור שבו ההוואה הברזילאית מגוּדל אינו קטֵן, אך האזור המוקדש לגידול שמן דקלים גדֵל. אם הגדילה הרציפה של מטעי שמן הדקל לא תיפסק, או שהיער הטבעי או שמטעי ההוואה יצטרכו לקטון כדי לפנות מקום ליבולים חדשים של שמן דקלים.
ולבסוף, איסוף גומי (rubber tapping) הוא עבודה קשה שאינה משתלמת כלכלית. אנשים צעירים נוטים לבחור עבודות מושכות יותר, מה שיכול להוביל למחסור באוספי גומי מוכשרים.
2. גומי מהוואה ברזילאית יכול לגרום לאלרגיה רצינית
חלבוני הלטקס בגומי שמיוצר מהוואה ברזילאית יכולים לייצר מספר אלרגיות שונות באנשים מסוימים, אפילו כשהם חשופים לכמויות קטנות מאוד. קשה מאוד להפריד את חלבוני הלטקס מהגומי בתהליך הטיהור. מאחר שהאלרגיות האלה יכולות להיות כל כך מסוכנות, חלופה לגומי שלא מכילה את חלבוני הלטקס האלה תהווה יתרון.
3. הוואה ברזילאית מיוצר רק באזורים מסוימים
התנאים הנדרשים לגידול עצי הגומי האלה הם ספציפיים מאוד ומתרחשים רק באזורים מסוימים בעולם. מרבית הגומי הטבעי שלנו מיוצר באזור קטן מאוד באסיה, מה שגורם לאספקה להיות פגיעה לנזק. אם המטעים באסיה לא יכולים לייצר מספיק גומי, מלאי גומי יכולים לא להיות מספיקים לצורכי העולם. יהיה מועיל למצוא צמחים אחרים שמייצרים גומי אשר אפשר לגדלם במקומות אחרים בעולם.
האם ישנם מקורות גומי חלופיים?
לא כל הצמחים מכילי הגומי מייצרים גומי טבעי איכותי. חלק מהצמחים שנחשבים למקורות גומי חלופיים הם הוואיולי, צמח שן הארי הרוסי, צמח ה-rubber rabbit brush, סולידגו (goldenrod), חמניה, עץ התאנה וחסה. שניים מהצמחים האלה מסתמנים כחלופות הטובות ביותר להוואה הברזילאית: הוואיולי ושן הארי הרוסי.
וּוַאיוּלִי (Parthenium argentatum) הוא שיח מקומי במישור הצפוני של אזור מקסיקו, שבדרך כלל גדל באדמות של אבן סיד באזורים עם מעט משקעים (איור 3C). וואיולי גדל הכי טוב בטמפרטורות שבין 18 לבין 49.5 מעלות צלזיוס. בתנאים האלה הוא יכול לחיות בין 30 ל-40 שנים. גומי נמצא בגזעים ובשורשים של הוואיולי, והוא נמצא בתאים אינדיבידואלים של הצמח, במקום בצינוריות לטקס. תכולת הגומי של הוואיולי גדלה במשך תקופה של כמה שנים. פחות מ-1% מהגומי בעולם מגיע מהוואיולי. גומי מהצמח הזה נחקר עבור יישומים בביו-רפואה, מאחר שהוא לא גורם לאלרגיות. כדי להפיק את הגומי מהצמח, רקמת הוואיולי צריכה להיות מרוככת באופן יסודי ולהימעך כדי לפנות את חלקיקי הגומי שנמצאים בתאים האינדיבידואלים. איכות הגומי מהוואיולי לא טובה מספיק לכל השימושים, מאחר שיש לה זיהומים רבים יותר מאשר הגומי מההוואה הברזילאית.
האפשרות הטובה האחרת עבור גומי, צמח שן הארי הרוסי (Taraxacum koksaghyz), הוא צמח שגדל מהר עם גומי איכותי, שהתגלה בשנת 1931 בקזחסטן (איור 3D). צמח שן הארי הרוסי גדל קרוב מאד לאדמה, ניתן לגידול באזורים עם טמפרטורות מתונות ומייצר ראשי פרחים צהובים (הם נראים כמו פרחים אולם הם קבוצה דחוסה של פרחים קטנים ללא גבעול). צמח שן הארי הרוסי מכיל גומי בעלים, בפרחים ובשורשים, אולם רק הגומי בשורשים טוב להפקה בשל הכמות והאיכות הגבוהה שלו. עבור מיצוי גומי, צמח שן הארי הרוסי צריך להימחץ או להתערבב [5]. לצמחי שן הארי הרוסי יש יתרון נוסף – הם מייצרים פחמימה שנקראת אינוּלין, שהיא חומר שיכול לשמש כמזון כמו גם לייצור תרופות כנגד סרטן, דלקים ביולוגיים ואפילו פלסטיקים ביולוגיים (פלסטיקים שמיוצרים ממוצרים טבעיים). בשלב הזה, עדיין יקר מדי למצות גומי משן הארי הרוסי. דרך מחקר, צמח עם שורשים גדולים יותר ותכולת גומי גבוהה יותר יכול להיות מפותח בסופו של דבר.
סיכום
אף על פי שעץ הגומי הוא המקור הטוב ביותר לגומי שזמין כיום, הוא עדיין עומד בפני איומים חשובים. גומי מיוצר רק מצמחים שמגודלים באזורים ייחודיים מסוימים. במטרה להרחיב את מקורות הגומי הטבעי ולהימנע מהסכנות של ייצור מוגבל, אנו צריכים לחפש צמחים מכילי-גומי חדשים ולשפר את אלה שאנו מכירים, כדי לנסות לגרום להם להיות תחרותיים כלכלית.
מילון מונחים
פולימר (Polymer): ↑ תרכובת כימית עם מולקולות גדולות שמורכבות ממולקולות קטנות יותר מאותו הסוג. חלק מהפולימרים קיימים באופן טבעי, ואחרים מיוצרים במעבדות ובמפעלים.
לטקס (Latex): ↑ נוזל לבן חלבי שמכיל חלבונים, עמילן, אלקלואידים וכדומה, שמיוצר על-ידי צמחים רבים. בחלק מהצמחים הוא גם מכיל גומי.
הוואה ברזילאית (Hevea Brasiliensis): ↑ זהו עץ מקומי באמזונס. הוא חשוב מאוד כלכלית מאחר שלטקס שנאסף מהעץ הזה הוא המקור הראשי לגומי טבעי.
גיפור (Vulcanization): ↑ תהליך של טיפול בגומי באמצעות גופרית וחום, כדי להקשות אותו תוך שמירה על האלסטיות שלו.
איסוף גומי (Rubber Tapping): ↑ תהליך של איסוף לטקס מעץ גומי. יוצרים חריץ איסוף בגזע העץ לפני הזריחה, והלטקס נאסף אחר הצוהריים המאוחרים.
מיצוי גומי (Rubber Extraction): ↑ הפעולה של קבלה או הפרדה של גומי מרקמת השורש.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
תודות
אנו רוצים להודות ל-Natalia Carrero, Laura Barker ו-Marcel Prins על המשוב שלהם בסקירת הטקסט. פרויקט AIR קיבל מימון מתוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי תחת הסכם מענק Marie Skłodowska-Curie מספר 752921.
מקורות
[1] ↑ Vijayaram, T. R. 2009. A technical review on rubber. Int. J. Des. Manuf. Tech. 3:25–36.
[2] ↑ van Beilen, J., and Poirier, Y. 2007. Guayule and Russian dandelion as alternative sources of natural rubber. Crit. Rev. Biotech. 27:217–31. doi: 10.1080/07388550701775927
[3] ↑ Whaley, W. G. 1948. Rubber–the primary source for American production. Econ. Bot. 2:198–216. doi: 10.1007/BF02859004
[4] ↑ Ullán de la Rosa, F. J. 2004. La era del caucho en el Amazonas (1870–1920): modelos de explotación y relaciones sociales de producción. Anal. Mus. Am. 12:183–204.
[5] ↑ van Beilen, J., and Poirier, Y. 2007. Establishment of new crops for the production of natural rubber. Trends Biotechnol. 25:522–9. doi: 10.1016/j.tibtech.2007.08.009