פרופ' כריסטין מקנזי (במרכז התמונה) ופוסט-דוקטורנט יונאס סאנדברג, מהמחלקה לפיסיקה, כימיה ורוקחות באוניברסיטת דרום דנמרק, הצליחו לסנתז חומר הסופג חמצן בכמויות גדולות ואף מצליח לאחסן אותו. "במעבדה הצלחנו להבחין כיצד החומר פשוט לוקח את החמצן מהאוויר סביבנו", מסבירה מקנזי.

החומר החדש הוא קריסטלי, ובאמצעות שבירה של קרני רנטגן החוקרים חקרו את המבנה האטומי בתוך החומר כאשר היה ספוג חמצן, וכאשר רוקן מן החמצן.

חמצן מגיע והולך במקומות שונים

עצם העובדה כי חומר יכול להגיב לחמצן אינה מפתיעה. קיימים חומרים העושים זאת.  התוצאה היא, כמובן, לא תמיד רצויה: אוכל הופך למעופש כאשר הוא נחשף לחמצן. מצד שני טעמו של יין והארומה שלו משתנים במתינות כאשר הוא נחשף לחמצן (לא יותר מדי), וכמובן גופנו הזקוק לחמצן לצורך תיפקודו.

"היבט חשוב של החומר החדש היא העובדה שתגובתו לחמצן אינה בלתי הפיכה  למרות שהוא סופח חמצן באופן המכונה  selectivechemisorptive (תהליך ספיחה שמעורב בו קשר כימי). החומר משמש הן כחיישן והן כמכל עבור החמצן. אנו יכולים להשתמש בו כדי לעטוף, לאחסן ולשנע חמצן  כמו המוגלובין מוצק מלאכותי", מסבירה מקנזי. דלי מלא של 10 ליטרים מהחומר מספיקים כדי לשאוב את כל החמצן בחדר ממוצע.

"דבר מעניין נוסף הוא יכולתו של החומר לספוג ולשחרר חמצן פעמים רבות ברמה קבועה. זה ממש כמו לטבול ספוג במים, לסחוט אותו ולחזור על הפעולה פעם אחר פעם", מסבירה פרופ' מקנזי. ברגע שהחמצן נספג ניתן לשמור אותו בתוך החומר עד השלב בו דרוש לשחררו. החמצן ניתן לשחרור בתהליך פשוט של חימום עדין או לחילופין תחת לחץ חמצן נמוך.

חום ולחץ כאמצעי לשחרור החמצן

"אנו רואים שחרור של חמצן כאשר אנו מחממים את החומר. כמו כן הבחנו בכך כאשר הפעלנו עליו ואקום. כעת אנו בודקים האם ניתן להשתמש גם באור כגורם שישחרר חמצן מן החומר. במידה שהדבר יתממש, הוא מעלה אפשרות של גידול שדה באמצעות תהליך פוטוסינתזה מלאכותית", מציינת מקנזי.

מרכיב המפתח בחומר החדש הוא היסוד קובלט, הקשור במולקולה אורגנית בצורה מתוכננת, "קובלט מעניק לחומר החדש את המבנה המולקולרי והאלקטרוני המאפשר לו לספוג חמצן מהסביבה. מכניזם זה מוכר אצל כל היצורים בעלי יכולת הנשימה בכדור הארץ: אצל בני אדם ובעלי חיים רבים אחרים הברזל ממלא את תפקיד זה, חיות אחרות, דוגמת סרטנים ועכבישים, משתמשים בנחושת. כמויות קטנות של מתכות הכרחיות לצורך תהליך הספיגה של החמצן. לכן, אין  זה מפתיע שגם בחומר החדש נעשה שימוש דומה בקובלט", אומרת מקנזי.

יכולתו ומהירותו של תהליך הספיגה תלוי בהרכב החמצן באטמוספירה, בטמפרטורה בלחץ ובעוד מספר גורמים, והוא עשוי להימשך שניות, דקות, שעות ואף ימים. מספר גרסאות של החומר יכולות לקשור חמצן במהירויות שונות. מורכבות זו מאפשרת לייצר רכיבים המשחררים וסופגים חמצן תחת תנאים שונים . לדוגמה, מסכה המכילה שכבות של חומרים אלו בהרכב מדויק ומסודר עשויה לספק לאדם חמצן באופן אקטיבי, ישירות מן האוויר שבחוץ, ללא צורך בעזרת משאבות או ציוד ללחץ גבוה.

"כאשר החומר רווי חמצן, ניתן להשוות אותו לבלון חמצן המכיל חמצן תחת לחץ. ההבדל הוא בזה שהחומר החדש מסוגל לספוג עד פי 3 מכמות החמצן", מציינת מקנזי.

"הדבר עשוי להיות בעל ערך רב לסובלים מבעיות בריאותיהם, שהיום נאלצים להסתובב עם בלוני חמצן עמם. אך ניתן גם להשתמש בחומר בצרכים הרבה יותר מהנים. צוללנים עשויים בעתיד להשאיר את המסכות ובלוני החמצן הישנים בבית, ולהשתמש בחומר החדש כדי לקבל חמצן שסונן מהאוויר ואף מן המים שסביבם. מספר גרגרי חומר בודדים מספיקים כדי לספק חמצן לנשימה אחת. בהתחשב בתכונת המחזוריות של החומר, וביכולתו של חומר לספוח חמצן גם מסביבה מימית, מספר גרגרים בודד יספק גם לצוללן עתידי את כל צרכי החמצן שלו בשעת צלילה.

(*)  אוניברסיטת דרום דנמרק

למידע נוסף ולמגזין הדיגיטלי: http://www.hinet.co.il/mag/cm98/