מה חדש פיתוח שימושים

פיתוח שימושים - סיכומי מחקרים

• קול קורא להגשת הצעות למנהלת אפר הפחם
  
  מנהלת אפר הפחם מבקשת לקבל הצעות למחקר ופיתוח של שימושי אפר פחם, במסגרת קול קורא של משרד האנרגיה
• תשתית טכנולוגית להקטנת תכולת הקלינקר בבטון: אפר פחם עם צמנט CEM II – מרץ 2014
  מחקר שבוצע ע"י דר' עמית קני ופרופ' ארנון בנטור מהמכון הלאומי לחקר הבנייה בטכניון, המשתלב במגמה העולמית בתחום תעשיית הצמנט והבטון למעבר להרכבים המכילים כמות קטנה ככל האפשר של קלינקר מצמנט פורטלנד, כתוצאה של שיקולים כלכליים ואקולוגיים, והחלפתו בתוספים כדוגמת אפר פחם.
  המחקר עסק באפיון התנהגות של סוגים שונים של אפר פחם בבטונים העשויים מצמנט מסוג CEM I ו- CEM II, במטרה לבחון את היעילות, במונחי חוזק וקיים, של אפר הפחם המשולב בבטון עצמו כמרכיב נפרד ולברר האם השימוש בצמנטים מעורבים מקטין את יעילות האפר בבטון.
  הניסויים כללו אפיון של תערובות בטון עם תכולות שונות של צמנט ותוספות של אפר פחם מרחף, וכן גם תכולות דומות לאפר של מלאן אבן גיר בעל פילוג חלקיקים דומה כדי לאפיין אפקטים כימיים ופיזיקליים (אפקט מלאן). במקביל נבחנו גם תערובות מלט להגדרת אקטיביות פוצולנית כמקובל בתקנים. הבדיקות כללו חוזק ופרמטרים של קיים שנקבעו באמצעות מבחני חדירה למים ואוויר.
  התוצאות בעבודה זו מאששות מסקנות של בדיקות קודמות המראות שניתן להפיק מאפר פחם בבטון עם צמנט CEM II יעילות שאינה נופלת מזו המתקבלת במערכת צמנט CEM I ולעיתים אף עולה עליה. יתר על כן, הוספת אפר פחם מייעלת את ההידרציה של הקלינקר ותורמת בדיעבד, באמצעות הקטנת מרכיב הקלינקר בצמנט ובבטון, להפחתת פליטת CO₂ הנגרמת בייצור הקלינקר.
  מהמחקר עולה כי הבדיקה התקנית של אקטיביות פוצולנית של האפר אינה מספקת לחיזוי התנהגותו בבטון וכי יש צורך בפיתוח שיטות פשוטות לאפיון ישיר של השפעת האפר על הבטון.
  
  לעיון בדו"ח מסכם
• יישום אפר תחתית כמצע גידול קרומים ביולוגיים במערכת לטיפול בשפכים – פברואר 2014
  במחקר שבוצע באוניברסיטת אריאל ע"י קבוצת מחקר בראשות דר' יעקב אנקר ממו"פ אזורי השומרון ובקעת הירדן, נבדקה יעילות אפר תחתית כמצע גידול ביולוגי לחיידקיים מטהרי שפכים במתקני אגנים ירוקים*.
  בקריית האוניברסיטה הוקם אתר ניסוי הכולל מספר בריכות בתצורות שונות (אגן ירוק, אקווה מלאכותית משופעלת), מלאות כל אחת באגרגטים מסוג שונה (אפר תחתית מנופה, טוף, חצץ דולומיט) דרכם הוזרמו שפכי מעונות הסטודנטים. בהסתמך על בדיקות פרמטרים כימיים וביוכימיים בשפכים שהוזרמו בבריכות בתנאים שונים (ספיקות, משך שהייה באגן, סחרור), ניתן לקבוע כי לאפר תחתית יעילות גבוהה בהשוואה לאגרגטים האחרים כמצע גידול ביולוגי המתבטאת בהפחתה משמעותית של העומס האורגני והמוצקים המרחפים ובקיבוע יסודות מזהמים. ממצאי הניסוי מעלים כי ניתן להשתמש בשפכים המתקבלים להשקיה חקלאית ולהזרמה לנחלים ללא מגבלה בשהייה של 20 יום לפחות באגן ירוק בתנאי סחרור. כמו כן, ניתן לעמוד בתקן הזרמה לנחלים בספיקה מרבית של 1 מ"ק ליום בכל הבריכות ועד 1.5 מ"ק ליום באקווה המשופעלת.
  מתקן הטיהור המבוסס על אפר תחתית יכול לשמש פתרון לטיפול בשפכים לישובים קטנים ושכונות במרחבים עירוניים שאינם מחוברים למערכות ביוב אזוריות. שיטת הטיפול מצטיינת בהשקעה נמוכה ובקיימות גבוהה המאפשרת קבלת מים מטופלים באיכות נאותה בהוצאה מינימלית באנרגיה ובכח אדם.
  
  * אגן ירוק הוא מעין ביצה מלאכותית היוצרת תנאים ביוכימיים לתהליכי פירוק ביולוגי (של חומר אורגני) וקיבוע כימי (של יסודות מזהמים) בסביבה מימית כבביצות טבעיות.
  
  לעיון בדו"ח מסכם
• ייצוב בוצת שפכים עירונית באפר פחם ובסיד (במס"א) לשימוש בחקלאות – סיכום ניסויים 2013-2005
  ניסויי מעבדה ושדה שבוצעו בין השנים 2013-2005, בחנו את ההיבטים האגרונומיים (יבול, הזנת יסודות חיוניים לצמח), הסביבתיים (עמידה בדרישות התקן לבוצה סוג א' לגבי מתכות ופתוגנים) והבריאותיים (תכולת מתכות כבדות בצמחים) של יישום במס"א . מחקרי השדה כללו מעקב אחר ההיבטים הללו בסוגי קרקעות, גידולים ומשטרי דישון שונים בהשוואה לביקורת ללא במס"א.
  הבמס"א המיוצרת בטכנולוגיה האמריקאית N-Viro יכולה לשמש בחקלאות המודרנית לשלוש מטרות עיקריות:

  • החלפת דשן והעשרה של החומר האורגני בקרקע
  • טיוב מבנה הקרקע והפחתת נגר וסחף
  • הדברת מחלות צמחים שוכנות קרקע.

  
  המחקר מתבצע מאז 2005 בתוואי הכולל את השלבים העיקריים הבאים:

  • שלב גישוש מקדמי (2005-2007)– בחינת ההיבטים לעיל בצמחי בוחן בתנאי מעבדה (תירס בעציצים)
  • שלב הערכות מכין (2008-2011)– בחינת ההיבטים בניסויי שדה ראשוניים בחלקות ברבדים (חיטה לתחמיץ, תירס למספוא, חמניות) ובבני דרום (חיטה לתחמיץ)
  • שלב ליווי פיילוט תלת-שנתי (2012-2014)– יישום במס"א במחזור גידולים בגד"ש במסגרת תכנית ליווי לפיילוט עם כניסת מתקן דן-וירו בשפד"ן לתפקוד מלא (מאז תחילת 2012), שמטרותיה הן אפיון וניסוח כמותי של השפעות ארוכות-טווח על הקרקע והגידולים.

  
  ממצאי הניסויים עד כה (2013) מראים כי השימוש בבמס"א תורם להגדלת היבול בד בבד עם שמירה על הסביבה (ריכוזי מזהמים ורדיונוקלידים בקרקע ובמי הנקז מתחת למותר עפ"י תקנות הבוצה ותקן מי שתיה, בהתאמה) והצמח (ריכוזי מתכות כבדות ורדיונוקלידים בצמחים מתחת למותר עפ"י שירות המזון הארצי). בנוסף, ישנה יעילות מסוימת בהדברת גורמי מחלה בקרקע המזיקים לגידול (תפו"א).
  
  לעיון בסיכום המחקרים עד 2013
• שימוש באפר פחם תחתית דק כמרכיב אגרגטי בתערובות אספלטיות חמות לסלילה, דו"ח מסכם – ספטמבר 2011
  מחקר שנערך בטכניון בהנחיית פרופ' אילן ישי שנועד לבדוק את ההיתכנות הטכנולוגית וההנדסית של אפר תחתית דק (גודל מרבי 5 מ"מ לאחר ניפוי) כתחליף לאגרגט הדק בתערובות אספלטיות חמות למיסעות כבישים ושדות תעופה. המחקר התרכז בבדיקות מעבדה שבוצעו בשלושה שלבים. בשלב המחקר המקדים בוצע אפיון הנדסי של חומרי הגלם בתערובות האספלטיות (אפר תחתית, אגרגט דולומיט וביטומן), אפיון תערובות אספלטיות במערכות מרשל מלאות באחוזים שונים של אפר תחתית (5, 10 ו- 20), בדיקות כושר הקיים בתנאי השרייה חמה ממושכת ובדיקות חריצה תחת גלגל נע, והשוואה מול תערובת בקרה ללא אפר. ממצאים חיוביים שנתקבלו בשלב זה לצד הגדלת תכולת הביטומן האופטימאלית כתוצאה מהוספת האפר, הובילו למחקר המשך שהתמקד בבדיקות תערובות אספלטיות הנפוצות בארץ כאשר תוספת אפר התחתית בהן היא בשיעור 10% בלבד.
  לעיון בהיתכנות ראשונית- פברואר 2006
  לעיון במחקר ההמשך: חלק ראשון- אוקטובר 2009, חלק שני (השלמת בדיקות)- ספטמבר 2011
• שימוש באפר פחם מרחף לשיפור תכונות של קרקעות חקלאיות, דו"ח מסכם – ספטמבר 2010
  סיכום ניסויי שדה שהחלו בשנת 2005 אשר התמקדו בשלושה יישומים:

  • שיפור תכונות פיסיקו-כימיות של קרקע חרסית נתרנית בשדות רבדים – הוספת אפר לקרקע מנעה או הקטינה הסתדקות והקטינה את גודל האגרגטים שנוצרו לאחר תיחוח. ההשפעה על היבולים היתה חיובית אם כי לא מובהקת ומגמגתית. האפר לא השפיע על ריכוזי יסודות בקרקע, אך גרם לעליה בריכוזי יסודות אחדים בצמח.
  • שיפור תאחיזת המים בכתמי חול בשדות בני דרום – בשל מגבלות בתנאי הניסוי לא ניתן היה לקבל מסקנות חד משמעיות בסוגיה זו.
  • צמצום איבוד המים בהתאדות מקרקע לס בנטיעות בלימנים ובשיחים בכתף ביתרים בעומר – נמצא שהצנעת אפר מרחף מקטינה משמעותית את חוזק הקרומים בפני הקרקע, קצב חידור המים בלימן עולה עם הוספת אפר, וחלה הקטנה בשיעור הנגר והצטברות הסחף. עם זאת, לתכולת האפר לא היתה השפעה רבה על תכולת הרטיבות בקרקע.

  לעיון בדו"ח המסכם
• קיבוע פסולות רדיואקטיביות בעוצמה נמוכה – מרץ 2009
  מחקר היתכנות בהנחיית פרופ' חיים כהן במחלקה לכימיה במרכז האוניברסיטאי אריאל בהשתתפות רועי ניר ליברמן וגיורא שגב. רדינוקלידים משלושה סוגים – אקטינידים, סטרונציום 90 וצזיום 137, נבחנו באמצעות סימולנטים מתאימים בתערובות עם אפר מרחף ממקורות דרום אפריקאי וקולומביאני. נמצא כי שני סוגי האפר יעילים לקיבוע של אקטינידים כחומרים קשי תמס; קיבוע סטרונציום מתקבל בשיקוע מלח בהוספת יוני קרבונט; יוני צזיום נקשרים לאפר במנגנון של החלפת קטיונים וביעילות רבה יותר באפר הקולומביאני.
  לעיון בדו"ח המחקר לחץ כאן
  
• סתירה וקיבוע פסולות תעשייתיות חומציות – דצמבר 2008
  מחקר לתואר דוקטור לפילוסופיה של דר' אלי לדרמן באוניברסיטת בן גוריון בהנחיית פרופ' איתמר פלאי מהמחלקה לגיאולוגיה סביבתית ופרופ' חיים כהן מהמחלקה לכימיה. מתכות רעילות המצויות בפסולות חומציות הנוצרות במפעל פז שמנים ובמפעל הדשנים חיפה כימיקלים דרום עברו סתירה וקיבוע בעזרת אפר פחם ממקור דרום אפריקאי והפכו מחומרים מסוכנים לפסולות ברות השבה ידידותית לסביבה. לאפר הנוצר בישראל מפחם ביטומני דל גופרית תכונות של ריאגנט כימי יעיל לנטרול פסולות בעלות חומציות גבוהה. תוצרי הקיבוע נבחנו כמחליפי חול בתערובות בטון והוכחו כחומרים שאין בהם כל סיכון לסביבה, המאפשרים בניצולם המועיל, בנוסף לתרומתם הסביבתית, חסכון ניכר בעלויות הכרוכות בסילוק הפסולות כחומ"ס באתרים יעודיים.
  לקריאת התקציר לחץ כאן
  
• אפר מרחף כמלאן באספלט – דו"ח לסיכום מערך ניסויים, נובמבר 2008
  הדו"ח מסכם את העבודות שנערכו בהנחיית אינג' נתן לבנת לשילוב אפר פחם מרחף כמלאן בתערובות אספלט. העבודה שהחלה לפני שנים אחדות התמקדה בשתי משפחות תערובות – דולומיטית ובזלתית. כתוצאה ממערכת פיתוח מקיפה שכללה בדיקות מעבדה, קטעי ניסוי בכבישים ומעקב איכות מתמשך, הוכר השימוש באפר מרחף כתקני הן בתקני מכון התקנים הישראלי כמלאן מינרלי ממקור תעשייתי בתערובות אספלט חמות בכלל, והן במפרטי החברה הלאומית לדרכים מע"צ כמלאן כנ"ל המהווה תנאי הכרחי בתערובות אספלט בזלתיות.
  בעוד השימוש באפר מרחף כמלאן בתערובות אספלט דולומיטיות איננו מהווה חלופה תחרותית למלאן הגירי בתנאי הארץ (עודפי מלאן במתקני אספלט הממוקמים ברובם במחצבות גיר דולומיט), הרי תרומתו כמעניק הכשר בדיעבד לחול הבזלת, הפסול בד"כ כשלעצמו לתערובות אספלט בשל ספיגותו הגבוהה למים, מקנה לו יתרון כלכלי במתקני אספלט הממוקמים במחצבות בזלת.
  לקריאת התקציר לחץ כאן, לעיון בדו"ח המסכם
  
• ייצוב קרקע לשבילים ודרכי עפר בשילוב אפר תחתית – דו"ח מסכם, 2007
  הדו"ח מסכם ניסוי ייצוב קרקע לשבילי עפר בפארק איילון ומעקב אחר תפקודם שנתיים מסלילתם. הניסוי בוצע במסגרת רישות הפארק בשבילים ודרכים המיועדים בעיקרם להולכי רגל, רוכבי אופניים ורכבי שירות ותחזוקה מזדמנים. עיבוד של חרסית מקומית כחומר יסוד בתערובת עם חומר גרנולרי וחומר מקשר נועדה ליצור תוואי לתנועה קלה, עביר בחורף ועמיד לשחיקה בקיץ, בעל מרקם המשתלב בסביבה. לאחר שבקטעי ניסוי מקדמי נמצא כי תערובות בהרכב המכיל אפר פחם או פסולת בנין (כחומרים גרנולריים) וסיד כבוי (כחומר מקשר) משיגות את האיכות הגבוהה ביותר, הורחב הניסוי לקטעי דרך ארוכים יותר. המעקב הראה כי הקטעים מתפקדים היטב ועומדים בדרישות ההנדסיות.
  לעיון בדו"ח המסכם: פארק איילון – פרויקט ייצוב קרקעות לצרכי סלילת שבילים ודרכי פארק
• שיפור תכונות קרקעות לחקלאות ולייעור, דו"ח ביניים - יולי 2007
  ניסויי שדה רב שנתיים המתבצעים החל משנת 2005 בהנחיית פרופ' אורי מינגלגרין ודר' פנחס פיין מהמכון למדעי הקרקע, המים והסביבה, מרכז וולקני לחקר החקלאות, בהתבסס על לקחי מחקר מעבדתי (שי ברטל וחובריו) שהתבצע במכון. הניסויים מתמקדים בשלושה יישומים:

  • שיפור תכונות פיסיקו-כימיות של קרקע חרסית נתרנית בשדות רבדים בניהול דר' אריה בוסק (מו"פ משקי הדרום).
  • שיפור תאחיזת המים בכתמי חול בשדות בני דרום בניהול דר' בוסק.
  • צמצום איבוד המים בהתאדות מקרקע לס בנטיעות בכתף ביתרים בעומר (בניהול דר' ניר עצמון, מרכז וולקני).

  לעיון בתקציר דו"ח הביניים, לעיון בדו"ח הביניים המלא
• השימוש באפר פחם תחתית גס כמצע גידול צמחים - יום עיון אפריל 2007
  ביום עיון בערבה שהוקדש להצגת השימוש באפר פחם תחתית גס כמצע גידול צמחים בהנחיית פרופ' יונה חן מהפקולטה לחקלאות השתתפו מגדלים רבים המתכננים הרחבת שטחי גידול הירקות השנה. אחדים מהמגדלים החליטו להעדיף את האפר על המצעים המקובלים האחרים בזכות איכותו האגרונומית המוכחת ומחירו התחרותי.
  לעיון בתקציר יום העיון
• שימוש באפר פחם מרחף כקשרן כבישים הידראולי ליצירה ולחיזוק שכבות מיסעה מבניות - יולי 2006
  במחקר מעבדתי שנערך בטכניון ע"י קרן בנימין בהנחיית פרופ' אילן ישי ודר' מריו הופמן, במסגרת מציאת פתרונות הנדסיים לשימושים הולמים לפסולות תעשייתיות המיוצרות מדי שנה ועלולות להפוך למפגע סביבתי, נבחן השימוש באפר פחם כמרכיב עיקרי בקשרן כבישים הידראולי האמור לתרום לחיזוק שכבות מיסעה מבניות.
  קשרן כבישים הידראולי HRB - Hydraulic Road Binder הינו אבקה המורכבת בעיקר מתוצרי לוואי תעשייתיים, כדוגמת אפר פחם מרחף, ומטרתה לקשור חומרים אינרטיים ולחזקם בדומה לפעולת צמנט פורטלנד. כחומר חדש יחסית אשר פותח בעשור האחרון כיישום "תעשייתי" מתוחכם ונוסה במדינות אירופה, בעיקר בצרפת ובאנגליה, השימוש בו מהווה עליית מדרגה טכנולוגית בהשוואה לחומרי סלילה קיימים. יישומו, שטרם נוסה בארץ, דורש מיומנות ובקרת איכות קפדנית יותר מהמקובל בחומרי הסלילה השגרתיים.
  לעיון במחקר שימוש באפר פחם מרחף כקשרן כבישים הידראולי
• שימוש באפר פחם תחתית גס כמצע לגידול עירית - 2006-2005
  ניסוי שנערך ע"י רחל (רוחי) רבינוביץ' וחובריה במו"פ חוות עדן בבית שאן בשנים 2006-2005, שמטרתו לבחון את התאמת אפר פחם תחתית (המקטע הגס, לאחר ניפוי) לשמש כמצע מנותק לגידול עירית, בהשוואה למצע טוף 0-8M . לא נמצא שיש להבדל בין המצעים השפעה על כמות היבול ועל איכותו. כמו כן נמצא כי קליטת מתכות כבדות ויסודות רדיואקטיביים בעירית הגדלה על אפר פחם דומה ביותר לקליטתם בעירית הגדלה על טוף, ובשני המצעים נופלת בהרבה מהרמה המכסימלית המותרת בעירית.
  לעיון בתקציר סיכום הניסוי
• ייצוב בוצת שפכים עירונית באפר פחם ובסיד לשימוש בחקלאות - שנת מחקר ראשונה, 2006.
  מחקר שנערך ע"י דר' פנחס פיין וחובריו מהמכון למדעי הקרקע, המים והסביבה במרכז וולקני לחקר החקלאות. במסגרת הכנות השפד"ן לטיפול בבוצת השפכים, נבחנת החלופה של ייצוב הבוצה בסיד (במ"ס) בטכנולוגיית N-VIRO הגורמת בעזרת תוספים מתאימים לעיקור הבוצה מהפטוגנים ולהכשרתה כדשן לחקלאות בדרגה א' (גידולים אכילים לבני אדם). תכשירי בוצה מיוצבת בסיד (במ"ס) הוכנו מבוצות מבית-שמש או אשדוד בתערובות עם סיד חי או CKD ועם אפר פחם מרחף או חרסיות כמלאנים. כל התערובות עמדו בתקן הישראלי למתכות כבדות ובדרישות בוצה סוג א'. שלושה ניסויי שדה (חיטה ותפו"א, בשלחין) בבמ"ס על בסיס אפר פחם מצויים בביצוע.
  לעיון בתקציר ייצוב בוצת שפכים עירונית באפר פחם ובסיד לשימוש בחקלאות
• שימוש באפר פחם מרחף לשיפור תכונות של קרקעות חקלאיות - סיכום שנת מחקר ראשונה, 2006.
  מחקר שנערך ע"י שי בר ברטל בהנחיית פרופ' אורי מינגלגרין וחובריו מהמכון לקרקע, מים וסביבה במרכז וולקני, בחן תרומה אפשרית של אפר פחם מרחף לשיפור תכונות פיזיקליות של קרקעות: הגדלת פוריות קרקעות חוליות על ידי שיפור תאחיזת המים שלהן; מניעת היוצרות קרום, סחף, נגר והיסדקות בקרקעות לס; מניעת סידוק בקרקעות כבדות. סיכום המחקר משמש בסיס לניסויי שדה המבוצעים באתרים אחדים ברחבי הארץ: ברבדים (קרקע נתרנית), בבני דרום ( (כתמי חול) ובעומר (קרקע לס).
  לעיון בתקציר שימוש באפר פחם מרחף לשיפור תכונות של קרקעות חקלאיות
• ניסוי ייצוב קרקעות לדרכי עפר בפארק אילון - סיכום שנת מעקב ראשונה, 2006.
  במסגרת ניסוי מקדים בוצעו בפארק אילון, בהנחיית אדריכל ארז לוטן ודר' רפי ירון, מספר קטעי מבחן לבחירה בהרכב תערובת מועדף לייצוב שבילי אופניים ונופש פעיל, מתוך מגוון חומרים (אגרגטים ומייצבים), בתוכם גם אפר פחם תחתית כאגרגט ואפר פחם מרחף כקשרן. הדו"ח מסכם שנת מעקב ראשונה לאחר עונת גשם ועונת יובש.
  לעיון בתקציר ניסוי ייצוב קרקעות לדרכי עפר בפארק אילון
• פוטנציאל השימוש באפר פחם תחתית כמעטפת צנרת תת קרקעית - סקר ספרות, 2006.
  הסקירה שנערכה ע"י פרופ' אמריטוס נפתלי גלילי מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון בחנה את פוטנציאל השימוש באפר תחתית כחומר מילוי להנחת צנרת תת קרקעית בתשתיות מים, ביוב, ניקוז ותקשורת, תוך ניצול יתרונותיו היחסיים הנובעים מהרכבו המיוחד ותרומתו לחסכון במשאבי טבע ואנרגיה הנדרשים לעבודות תשתית ופיתוח. ממצאי הסקירה ישמשו להכנת מפרט הנחה של אפר תחתית בתשתיות צנרת לאחר בחינת היישום בניסוי שדה.
  לעיון בתקציר פוטנציאל השימוש באפר פחם תחתית כמעטפת צנרת תת קרקעית
• מאמר שהוגש לכינוס AshTech2006 שהתקיים בבירמינגהם באנגליה במאי 2006
  המאמר מתאר את תהליך פיתוח שימושי אפר הפחם בישראל ומתמקד בעיקר ביישומי האפר בבנייה ובתכונות האפר הישראלי בהקשר זה. כמו כן מתאר המאמר פיתוח שימושים ישראליים ייחודים באפר פחם תחתית בתחומי החקלאות. המאמר בשפה האנגלית.
  לחץ להצגת המאמר שהוגש לכינוס AshTech2006