מהו מלט?

למֶלֶט, שהוא תוצר ידי אדם, היסטוריה עתיקה מאוד. חומר זה התפתח עקב הצורך לחבּר אבנים ומרכיבי בניין אחרים במטרה להקנוֹת למבנֶה חוזק מֶכָנִי ותכונות נוספות. עם אלה נמנית עמידוּת בפני פגעי מזג האוויר, כמו גשם למשל. במהלך ההיסטוריה האנושית – ככל הנראה מראשיתה, לפני מיליוני שנה, פותחו מגוון חומרי חיבור של אבני בניין, לצד חומרי הצמדה וציפוי. אולם התמריץ המשמעותי לפיתוח המלט והַבֶּטוֹן כפי שאנו מכירים אותם כיום, הֵחֵל עם המהפכה התעשייתית, במאה ה-18. הכימיה של מלט מוכרת היטב, ומשמשת עדיין כשׂדה מחקר חשוב [1]. המלט הנפוץ ביותר כיום, מלט פּוֹרְטְלֶנְד, הקרוי על שם אבן הבנייה שנחצבה באי פורטלנד באנגליה, פותח במאה ה-19 ומורכב מכמה חומרים כמו סידן פחמתי (CaCO₃) וסִילִיקָטִים (תחמוצות סיליקוֹן, Si). אלה מחוממים לטמפרטורה של 1,450 מעלות צֶלְזְיוּס, ליצירַת מגוון תרכובות המכילות בעיקר סידן, צֹרָן (סיליקון) וחמצן. תעשיית המלט העולמית מייצרת בשנה יותר מ-4 גיגהטון, שהם 4,000 מיליון טוֹנוֹת מלט. זה מספר כה גדול שקשה להמחישו. הוא שקול למשקל המים שהיו מְכסים פוטנציאלית את כל מדינת ישראל בשכבה של 20 ס''מ בערך!

ייצור המלט תורם לשינויי האקלים

למרות החשיבוּת העצומה של המלט, ואכן קשה היה לתאר את העולם בלעדיו, בהיבט קַיָּמוּת וסביבה, זו אינה המצאה כל כך מופלאה. זאת כיוון שייצור המלט אחראי באופן ישיר לכ-9-8% מכלל פליטת הפחמן הדו-חמצני בעולם. בהיותו גז חממה משמעותי מאוד, פחמן דו-חמצני מגיע לאטמוספרה, וגורם באופן ישיר לשינויי האקלים [2]. תעשיית המלט מוכרת כמזהם השני בגודלו בעולם כיום, בְּשֶׁל שני טעמים. ראשית, תהליך הכנַת מלט מתרחש בטמפרטורה גבוהה מאוד, ולצורך כך נדרשת כמות עצומה של אנרגיה. שנית, בתהליך זה, סידן פחמתי מחומם לקבלַת סידן חמצני (CaO), הוא הסיד, מה שגורם לפליטה ישירה של פחמן דו-חמצני. סיכומו של דבר, ליצירה של מ''ק בטון נדרשת האנרגיה המצויה בכ-40% של חבית נפט!

היום כבר ברור כי אין די במַעֲבָר לאנרגיות מתחדשות, כמו אנרגיית השמש ואנרגיית הרוח. מוטלת עָלֵינו גם החובה לשנות את החומרים שבהם נעשה שימוש מוגבר וצורכים כמויות אנרגיה עצומות, או לחלופין הם בעלי טביעת רגל פחמנית גבוהה, דוגמת מלט, פלדה ואחרים. אך כיצד עושים זאת? מתקבל על הדעת כי העולם לא יחליף חומר בחומר אלא אם יתלווה לצעד כזה רווח כלכלי, או לחלופין אם המחוקק יחייב לעשות כן. באופן דומה, מכוניות חשמליות לא היו נוסעות היום ברחבי העולם, לולא המחוקק (בתחילה בקליפורניה שבארצות הברית ולאחר מכן במקומות אחרים) היה מחייב את הכנסתן לשימוש. בכך יָצַר המחוקק גם כוח מניע כלכלי שגרם לחֲבָרוֹת בתעשיית הרֶכֶב לפתֵּח טכנולוגיות מתאימות.

כמו כן, חשוב להבין כי חומר שהשימוש בו הוא כה תכוף ובהיקף נרחב, כאשר עלות החומר נמוכה מאוד (מחיר המלט בארץ נכון לאוגוסט 2022 עמד על קרוב ל-400 ש''ח לטוֹנָה), מחייב החלפה בחומר דומה. הכוונה היא לחומר זמין בהיקפים דומים, שניתן לְסַפְּקוֹ בקלות, ושמחירו אינו שונה בהרבה מזה של החומר המקורי. בנקודה זו מתחיל סיפורנו...

עודפי מלח אדירים מים המלח

לפני כמה שנים נתקלתי בפרסום מטעם משרד הַפְּנִים¹, שבו הציבור התבקש להציע רעיונות לפתרון הבעיה של עליית מִפלס המים בחלק הדרומי של ים המלח. ים המלח מחולק כיום לשניים – החלק הצפוני העמוק (עומקו מגיע ליותר מ-300 מטר) שמפלסוֹ הולך ויורד, והחלק הדרומי (הישראלי והירדני כאחד) שמפלסוֹ עולה מִדֵּי שנה בכ-20 ס''מ. עלייה זו נובעת מתהליך שבמסגרתו שוקעת כמות עצומה של מלח בישול, נתרן כלורי, המוערכת ב-20 מיליון טוֹנוֹת בשנה בצד הישראלי. כדי להפיק מִיָּם המלח את המינרלים שניתן למכור בכל העולם, דהיינו, חומרי הגלם המיועדים בעיקר לייצור אשלגן (K), נותנים למים להתנדף בבריכות ענק. בתהליך זה קודם שוקע מלח הבישול, ורק לאחר מכן מעבירים את המים לבריכות אחרות שבהן מתגבש הקַּרְנָלִיט 3 [KMgCl_3⋅6(H₂O)] – מקור עיקרי להפקַת אַשְׁלָג. מלח הבישול ששוקע יוצר שכבה אשר גורמת לעלייה במפלס המים. תופעה זו הביאה לכך שכיום המים מגיעים למלונות בחלקו הדרומי של ים המלח.

הַשָּׁלֵם גדול מִסַּךְ חֲלָקָיו, או – מלח במקום מלט?

הסוגיה שהועלתה בפרסום של משרד הפנים לעיל, היא מה ניתן לעשות עם כמויות עצומות של מלח בישול. במאמר מוסגר נציין כי את מלח הבישול שאנו אוכלים מפיקים מהים התיכון. טעמוֹ של המלח מים המלח מר, בְּשֶׁל ריכוזים נמוכים של אשלגן כלוריד. בזמנו, כאשר קראנו את המודעה, שאלנו את עצמנו היכן נעשה שימוש בכמויות חומר עצומות, ומצאנו כי התשובה היא בענף הבנייה. השאלה הבאה ששאלנו את עצמנו הייתה האם ניתן להשתמש במלח בישול להכנַת לִבְנֵי בניין? על פניו הרעיון נשמע מעט הזוי, שֶׁכֵּן ידוע כי מלח בישול הוא מָסִיס מים. למען האמת, רעיון זה אינו חדש לגמרי. במקומות שונים בעולם, כמו במדבריות הסהרה או הסאלאר (Salar, מדבר המלח בבוליביה, איור 1) בונים מִבנים ממלח, ואחת לכמה שנים, כאשר יורד גשם, בונים מחדש. מבחינה מעשית, אין זה בדיוק הפתרון שאפשר ליישׂם במדינתנו או במדינות מתקדמות אחרות. מאחר ואנו עוסקים רבּוֹת בציפויים שונים, חשבנו שאם נדחס את המלח וּנְצַפֶּה אותו בציפוי שאינו חדיר למים, נצליח להכין לִבְנַת מלח שתוכל לשמֵּש לבנייה. להפתעתנו הרבָּה הסתבר כי אין צורך מהותי בציפוי. אפשר לדחוס את המלח, לאחר טחינתו והוספה של כמה מרכיבים פשוטים יחסית, לקבלַת לבנת מלח חזקה בצורה בלתי רגילה. בה בעת לְבֵנָה זו פחות מסיסה משמעותית בהשוואה למסיסותה הגבוהה ללא הדחיסה.

התהליך כולו פשוט מאוד וכולל שלושה שלבים: יצירת התערובת, כלומר, ערבוב כל החומרים הנדרשים – 95% מלח מִיָּם המלח והשאר מרכּיבים שונים; טחינה – אשר תִּקבע עד כמה פני הַלְּבֵנָה יהיו חלקים, ודחיסה בלחץ של סמ''ר/ 2 טונות. יתרונהּ המרכזי של השיטה הוא שמדובר בתהליך 'ירוק', בעל טביעת רגל פחמנית נמוכה ביותר. הכול מבוצע בטמפרטורת החדר, והלבֵנה מוכנה מיידית. הדחיסה מתבצעת בתבנית עשויה פלדת אל-חלד, היות שהמלח גורם לשִׁתּוּךְ (קוֹרוֹזְיָה) של מתכות כמו ברזל. באיור 2. תוכלו להתרשם מהלבנים השונות שהכנו, כאשר המחקר כולו מומן על ידי משרד החדשנות.

נוסף על הכנַת הלבנים, ערכנו מספר רב של ניסויים שנועדו לבדוק את התכונות של לִבְנַת מלח. בין התכונות שבדקנו: עמידוּת הלבנה בתנאי לחות וטמפרטורה משתנים; חוזק הלבנה; היכולת לקדוח בה; חיבור של לבנים ועוד. דוגמה לכך מוצגת באיור 3, אשר בו מתועדות תצפיות שערכנו ומדידות שביצענו. ניתן להתרשם עד כמה הדחיסה ותוספת קטנה יחסית של חומרים (5%), מְשנות את מסיסות הלבנה. חשיפת הלבנה לתנאי לחות גבוהים גורמת לספיגת הלחוּת, אולם כאשר מורידים את הלחות בסביבה, הלבנה פולטת את הלחות. לכן, חֶדֶר שצידו הפנימי יצופה בלבני מלח, ישמור על לחות נמוכה וקבועה יחסית. לבני המלח מוֹנעוֹת גידול של בַּקְטֶרְיוֹת. המלח גורם למיצוי המים מתוך התא החי ובכך מונע את גדילה של תאים מכל סוג שהוא על פניו. יישׂום אפשרי של תכונה זו של המלח הוא ציפוי קירות פְּנִים בבתי חולים, למניעת גידול חיידקים עליהם.

מה הלאה?

המחקר שערכנו מעלה שאלות רבות: האם אכן ניתן להחליף את הלבנים המבוססות על מלט בלבני מלח? האם המְּסִיסוּת של לִבְנֵי המלח מספיק נמוכה? כמה עולה לייצר את לבני המלח? האם יש מספיק מלח בארץ ובעולם? כיצד אפשר לְדַרְבֵּן חברות בתעשיית הבנייה להחליף לבנים המצויות בשימוש זה יותר מ-150 שנה?

ובכן, עודפי המלח בארץ ובעולם הם עצומים. אותם 20 מיליון טוֹנוֹת מלח השוקעים מדי שנה באגן הדרומי של ים המלח, יכולים לספֵּק את כל צריכת הבטון בישראל (צריכת המלט השנתית בארץ עומדת על כ-7 מיליון טוֹנוֹת, ומספיקה להכנַת כ-25 מיליון טוֹנוֹת בטון על כל סוגיו). ישנם עודפי מלח הנובעים מפעילות תעשייתית שונה, כמו הַתְפָּלַת מים. כתוצאה מהליך זה, מוזרם רֶכֶז מלח לים, אשר גורם לפגיעה סביבתית. זאת בניגוד לאמנת ברצלונה [3], שחלק גדול ממדינות הים התיכון חתומות עליה, ומטרתה להגן על הים התיכון מפני שינויים סביבתיים. במקומות רבים כמו גרמניה, ארצות הברית, ספרד ובֵּלָארוּס ישנם הרי מלח שחלקם נוצרו כתוצאה מפעילוּת אַנְתְּרוֹפּוֹגֶנִית, כלומר מעשה ידי אדם. מלח ולבני מלח מציעים יתרונות רבים: המלח אינו רעיל, אינו דליק או מסוכן. הוא בריא, וברחבי העולם לרבּות בישראל ישנם חדרי מלח רבים המיועדים לשהייה של אנשים הסובלים מבעיות נשימה. מאחר שהתהליך שפיתחנו אינו כימי אלא פיזיקלי – מבוסס על טחינה ודחיסה – הטחינה מאפשרת לקבל חזרה את חומר הגלם, ובכך למחזר אותו בצורה פשוטה ויעילה.

אם כך, היכן הקושי? הוא טמון בשני היבטים עיקריים. ראשית, תעשיית הבנייה היא מטבעהּ שמרנית מאוד, וידוע כי הכנסַת חומר חדש לענף זה אורכת שנים. שנית, כל עוד המחוקק אינו יוצר כוח מניע להחלפַת המלט בחומר אחר כדוגמת מלח, הסיכוי שחֶברה תיקח זאת על עצמה הוא קלוש ביותר. בלתי סביר שחֶברה מסחרית תיכנס מיוזמתה לפרויקט שמטרתו לשמור על כדור הארץ, אלא אם יהיה לה תמריץ כלכלי לכך. כל עוד זה לא קורה, לבני המלח, מלהיבות ככל שיהיו, לא יחליפו את לבני הבטון.

מילון מונחים

גז חממה (Greenhouse gas): ↑ גזים שונים שמקורם בפעילוּת אנוש, או בתהליכים המתרחשים בטבע, המגיעים לאטמוספרה ומובילים לאפקט חממה. כלומר, הם מוֹנעים מֵחֵלֶק מקרינת השמש המגיעה לכדור הארץ להיפלט חזרה לחלל, ובכך גורמים לעלייה בטמפרטורה העולמית.

טביעת רגל פחמנית (Carbon footprint): ↑ ביטוי המתאר את ההשלכה הסביבתית של תהליך כלשהו, בעיקר מההיבט של שחרור גזי חממה.

תהליך ירוק (Green process): ↑ תהליך כימי או פיזיקלי שאינו גורם כמעט לפליטת גזי חממה.

שיתוך (Corrosion, קורוזיה): ↑ תהליך כימי שבו מתכת מגיבה עם חמצן מהאוויר, לרוב בנוכחוּת מים, וכתוצאה מכך מאבדת את תכונותיה המתכתיות.

בקטריות (Bacteria): ↑ חיידקים, יצורים חד-תאיים הנפוצים מאוד על פני כדור הארץ.

מסיסות (Solubility): ↑ כמות החומר שמתמוססת בנוזל מסוים ליחידת נפח. זהו תהליך פיזיקלי שבו הַמֵּמֵס גורם לפירוק החומר ליחידות הבסיסיות שלו, שגודלן קטן מאוד, ולכן מתקבלת תמיסה צלולה.

פעילות אנתרופוגנית (Anthropogenic activity): ↑ פעילות שנובעת ממעשה ידי אדם, כמו תהליכים תעשייתים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

איור 1A נלקח מ https://www.worldhistory.org/image/10161/salt-slabs-timbuktu/. איור 1B נלקח מ Phil Whitehouse https://www.flickr.com/photos/philliecasablanca/2052678622/.

הערת שוליים

1. ↑לחצו כאן לקריאת כתבה על אודות פרסום זה.