אצות הן אורגניזמים העושים שימוש באנרגיית אור השמש ובפחמן דו-חמצני (להלן בקיצור: פחמן); ובאמצעות תהליך הפוטוסינתזה הן מייצרות מולקולות מורכבות וחמצן המשתחרר לאטמוספירה. את האצות ניתן לחלק לשתי קבוצות מרכזיות: מיקרו-אצות – אצות מיקרוסקופיות חד תאיות, פילמנטיות או מושבתיות; ומאקרו-אצות רב-תאיות. חלוקה אחרת של מיני אצות היא על-פי תכולת הפיגמנטים שלהם: ירוקיות, אדומיות וחומיות. האצות גדלות במגוון סביבות מימיות: אוקיינוסים, נחלים, אגמים, שלוליות; ובטווח מליחות רחב: מים מתוקים, מים מליחים, מי-ים ולגונות היפר-מלוחות. ניתן למצוא אצות גם בתוך קרח ובשכבה דקה המצפה סלעים וקרקע. מיקרו-אצות בצירוף אצות כחוליות או חיידקים כחוליים (Cyanobacteria) אחראיים לכמעט 50% מהפוטוסינתזה על פני כדור הארץ, למרות שביחד הם מהווים פחות מ-1% מכלל המסה הביולוגית (Biomass) על פני כדור הארץ.

לצד גידול אצות באופן ‘טבעי’ במערכות פתוחות (בעיקר בריכות) או במערכות סגורות (לדוגמא, צינורות, מיכלים או פאנלים), בשנים האחרונות אנו עדים לצמיחתה של טכנולוגיית גידול חדשה: הנדסת אצות. אצות מהונדסות הן אורגניזמים מיקרוסקופיים שעברו שינוי גנטי באמצעות טכניקות ביוטכנולוגיות מתקדמות שמטרתן ליצור אצות בעלות מאפיינים משופרים או חדשים שאינם קיימים במצבן הטבעי. שיטות דוגמת עריכה גנטית באמצעות CRISPR-Cas9 וטכנולוגיות אחרות של ביולוגיה סינתטית, מאפשרות להתאים את המבנה הגנטי של האצות בצורה מדויקת, כך שניתן לייצר אותן במהירות וברמת דיוק גבוהה המתאימה למגוון צרכים, דוגמת לכידת פחמן, יצירת חלופות ברות-קיימא למוצרים פטרוכימיים ועוד (ראה להלן).

מטרת מסמך זה היא להציג סקירה ממעוף הציפור של תחום מפציע זה, הנחשב כבעל פוטנציאל משמעותי לתרום למאבק בשינויי אקלים (Climate Mitigation) ולהסתגלות למציאות אקלימית חדשה (Climate Adaptation). המסמך הוא המשך למחקר העומק בנושא שימוש בטכנולוגיות מפציעות תחת מטריית הביו-קונברג’נס (Bio-Convergence) בהקשרי אקלים; וככזה, עוסק באצות מהונדסות ואיננו מתייחס לטכנולוגיות ותהליכים של גידול אצות באופן כללי – תחום רחב ומפותח בפני עצמו.

ביוקונברג’נס היא גישה מהפכנית המשלבת את יתרונות מדעי החיים ביניהם הביוטכנולוגיה, לצד הנדסה וטכנולוגיית המידע ליצירת פתרונות חדשניים המשלבים בין מערכות ביולוגיות ומערכות שאינן ביולוגיות, עבור אתגרים מודרניים, דוגמת התמודדות עם שינויי אקלים. אצות מהונדסות הן ביטוי של תפישת הביוקונברג’נס, שכן הן משלבות בצורה הרמונית בין מערכות ביולוגיות – אצות, ובין כלים ותהליכים הנדסיים מתקדמים, דוגמת הנדסה ועריכה גנטית. שילוב טכנולוגי זה מייצר רמה גבוהה של דיוק ושליטה במאפייני האצות הרצויים, באופן המתגבר על התהליך הארוך והבלתי-צפוי של ברירה טבעית.

אתגר האקלים הוא אחד המורכבים שידעה האנושות. הבנת הגורמים לשינויי אקלים כמו גם מציאת פתרונות למניעת או עצירת ההתחממות הגלובלית (מיטיגציה) ופתרונות להתמודדות עם מציאות אקלימית חדשה (אדפטציה), מחייבים גישה מולטידיציפלינרית ויצירתית. כאן נכנסות טכנולוגיות משבשות (Disruptive Technologies), דוגמת טכנולוגיות ביוקונברג’נס, כגון אצות מהונדסות, להן פוטנציאל משמעותי לתרום להתמודדות עם שינויי אקלים בעיקר בהיבטי מיטיגציה. בין השימושים העיקריים של אצות מהונדסות, עליהם נרחיב בהמשך, ניתן לציין לכידה, קיבוע ואחסון פחמן; ייצור דלק ביולוגי; שימוש בביומאסה של האצות ליצירת מוצרי צריכה ברי-קיימא.

המטרה של הנדסת אצות היא לשנותן באופן גנטי ו/או פיזיולוגי במטרה להביא לאופטימיזציה של תכונות קיימות, לשכלל את יעילות תהליכי ייצור האצות ואף להעניק להן יכולות חדשות לגמרי. מדובר בתהליך רב-שלבי:

לפני כל תהליך שינוי גנטי נחקר הגנום של האצות ומזוהים גנים הרלוונטיים לתכונות אותן רוצים לשנות או ליצור. זאת, באמצעות כלי ביואינפורמטיקה מתקדמים המנתחים – לא רק את הגנים של האצה, אלא גם גנים הטרולוגיים (גנים שמקורם באורגניזמים אחרים) העשויים להשיא את התוצאות הנדרשות. תכונות אלו עשויות להיות מהירות גידול, מסלולים מטבוליים, עמידות ללחצים סביבתיים וייצור של שמנים ופחממניים. לאחר שזוהו הגנים הרלוונטיים, נעשה שימוש בטכנולוגיות ביוסינתזה, דוגמת 9CRISPR-Cas, שביכולתן להכניס גנים חדשים או לבצע מניפולציה על גנים קיימים, ברמת דיוק גבוהה המאפשרת לחוקרים ליצור זני אצה המותאמים לצורך ספציפי. כך לדוגמא, מבוצעות מניפולציות בגנים הקשורים לקיבוע הפחמן כך שהאצות תוכלנה לספוח ולאחסן כמויות גדולות יותר; באמצעות תיקון הגנום של האצה, החוקרים יכולים להגביר את ייצור השמנים או להתאים את פרופיל השמנים, מה שיוביל לייצור אופטימלי של דלק ביולוגי; ניתן לשנות את האצה באופן גנטי כך שתייצר פולימרים לביו-פלסטיק; ועוד.

לאחר השינוי הגנטי, הזנים השונים מתרבים בסביבות מבוקרות, בעיקר תוך שימוש בביוריאקטורים (Bioreactor). באמצעות איטרציות מרובות, החוקרים יכולים לבחור את הזנים שהפגינו את התוצאות הטובות ביותר (ביחס לתכונות הרצויות) ולהתמקד בהם לשלבים הבאים. יש לציין, כי תנאי הגידול עוברים אופטימיזציה גם הם. משתנים שונים דוגמת מחזור ואינטנסיביות האור (Photoperiod), אוורור, ריכוז הפחמן הדו-חמצני, זמינות התזונה והמים – ואפילו עיצוב הביוריאקטור – כל אלה מותאמים בקפידה על-מנת להבטיח שהאצה תגדל באופן המיטבי ביחס לתוצאות הנדרשות. 

לכידה ואחסון פחמן

אחד היתרונות הגדולים של אצות היא היכולת הטבעית שלהם לבצע פוטוסינתזה, תהליך הסופח את הפחמן הדו-חמצני הנמצא באטמוספירה ומשחרר חמצן נקי. במובן זה, אצות הן כלי חשוב בלכידת פחמן. באמצעות יצירת זנים מהונדסים של אצות, ניתן לשפר תהליך זה ולגרום לאצות לספוח פחמן בכמויות גדולות יותר וביעילות רבה יותר בהשוואה לתהליכים ‘טבעיים’. שילוב של מתקני לכידת פחמן ישירות מהאוויר (DAC) עם בריכות אצות מהונדסות מאפשר ליצור מנגנון לכידת פחמן כפול: כאשר מתקני ה-DAC לוכדים פחמן הם יכולים להעבירו אל בריכות האצות ובכך לספק להן מקור עשיר לתזונה ואגב כך גם להתמודד עם הפחמן שנאגר. אפשרות נוספת היא התממשקות של אצות מהונדסות ישירות עם מפעלים הפולטים כמויות גדולות של פחמן ובכך להביא ללכידת פחמן וניקוי מקומי של אוויר. 

קיימות הערכות שונות באשר לפוטנציאל לכידת הפחמן של אצות מהונדסות, אך בקווים גסים נטען, כי בעוד שאצות ‘רגילות’ מסוגלות לקבע פחמן בשיעור כפול מהמאסה שלהן (כלומר, אצות במשקל 1 ק”ג יכולות לקבע כ-2 ק”ג פד”ח ביום), הרי שאצות מהונדסות יכולות לקבע בין פי 10 לפי 50 ממשקלן.

למרות פוטנציאל זה, קיימים מספר חסמי-משנה המעכבים את התקדמות התחום (פירוט תתי-החסמים להלן הוא בנוסף לחסמים הכלליים שיופיעו בהמשך הסקירה):

• חסמים הנוגעים ליכולת הטכנולוגית טכנולוגיה המאפשרת להנדס, לייצר, לקצור ולעבד את האצות המהונדסות בקנ”מ (Scale) משמעותי, שכן כיום עיקר הייצור מתבצע בקנ”מ קטן;
• תנודתיות ועלויות ייצור גבוהות;
• שימוש בזבזני במשאבי-טבע, בדגש על תצרוכת אנרגטית גבוהה של תהליכי הייצור המשפיעים על עלויות הייצור ועל טביעת הרגל האקולוגי שלהם;
• הגבלות רגולטוריות (או העדר רגולוציה מתאימה) על שימוש בחומרים מהונדסים גנטית (GMO) משפיעות לרעה על המוטיבציה לקדם מו”פ והשקעות בתחום;
• תפישה ציבורית שלילית כלפי חומרים מהונדסים גנטית המשפיעה גם היא לרעה על המוטיבציה לקדם מו”פ והשקעות בתחום;
• חשש מ-‘שחרור’ אצות מהונדסות לטבע, העשוי לגרום לפגיעה אקולוגית בסביבות טבעיות (Habitats).

לפיכך, לאור חסמים אלה, עיקר הפיתוח מבוצע כיום באתרי ייצור קטנים יחסית ועדיין לא בקנ”מ מסחרי. זאת ועוד, בהשוואה לשימושים אחרים של אצות מהונדסות, בתחום קונקרטי זה קיים מספר קטן של חברות.

עם זאת, נציין מספר חברות ויוזמות בהקשר זה: Global Algae Innovations – חברה העוסקת, בין היתר, בהנדסת וייצור אצות למגוון שימושים דוגמת ייצור ביומסה וקיבוע פחמן; HeliosNRG  – חברה העוסקת במו”פ וייעוץ סביב פיתוח פתרונות מבוססי אצות מהונדסות, בדגש על לכידת פחמן; ו- Montana State University – Energy Research Institute – מרכז אקדמי העוסק מו”פ סביב לכידה וקיבוע פחמן במסגרת עיסוק כללי יותר במחקר אנרגיה.

ייצור דלק ביולוגי

אצות יכולות לשמש מקור אנרגיה ברת-קיימא. ניתן להנדסן כך שהן תייצרנה כמויות גדולות יותר של שמנים ופחממנים (Hydrocarbons) שאותם ניתן להמיר לדלקים ביולוגיים שונים, דוגמת דיזל ביולוגי, ביו-אתנול, וגז ביולוגי. כאשר דלקים אלה נשרפים הם משחררים פחות פחמן בהשוואה לדלקים פוסיליים. למעשה, הפחמן המשוחרר בתהליך שריפת הדלק הביולוגי שווה לכמות הפחמן שהאצה ספגה בתהליך צמיחתה, מה שהופך את התהליך כולו לכמעט נייטרלי מבחינה פחמנית.

מחיר הייצור של דלק מבוסס אצות מהונדסות עדיין אינו מוגדר וקיימת שונות רבה בין ההערכות השונות, הנובעת משיטות הייצור השונות והיכולת (המוגבלת עדיין) לייצר דלק בקנ”מ רחב.

 פרוייקט אחד – Marine Algae Industrialisation Consortium – באוניברסיטת דיוק האמריקנית, שואף להגיע לעלות של $5 לגלון (כ-4.5 ליטר) של דלק מבוסס-אצות בקנ”מ מסחרי, אך הדרך להשגת מטרה זו עדיין ארוכה. מספר מחקרים מהשנים האחרונות נקבעו בטווחים של כ-20 עד 50 דולרים לגלון. למרות שמבין השימושים השונים, זה הנוגע לדלק ביולוגי הוא אחד האטרקטיביים ביותר (בעיקר בשל גדול השוק הצפוי), קיימים עדיין מספר חסמים מרכזיים:

בהשוואה לשימושים אחרים של אצות מהונדסות, בתחום קונקרטי זה קיים מספר רב יחסית של חברות, בשל גודל השוק הפוטנציאלי. נציין מספר חברות בהקשר זה: Accelergy Corporation – חברה העוסקת בייצור נוזלים סינתטיים ודלקים בעלי חתימה פחמנית נמוכה, באמצעות שימוש בביומסה (כולל אצות מהונדסות) וגז טבעי; Global Algae Innovations – חברה העוסקת בהנדסת וייצור אצות למגוון שימושים – בין היתר – דלקים ביולוגיים; Neste – חברה המפתחת חומרים מתחדשים, כולל אצות מהונדסות, למגוון שימושים בדגש על דלקים ביולוגיים ודלק מטוסים (SAF); מרכז אקדמי Arizona Center for Algae Technology and Innovation העוסק במו”פ לקידום הנדסת אצות בדגש על שימושים דוגמת אנרגיה מתחדשת; National Renewable Energy Laboratory ו – Los Alamos National Laboratory– מרכזים אקדמיים העוסקים במו”פ לשימוש בהנדסת אצות בהקשרי דלקים ביולוגיים; Sandia National Laboratories – גוף ממשלתי אמריקני העוסק במו”פ לשימוש בהנדסת אצות במגוון שימושים בדגש על דלקים; Matsuri (Microalgae Towards Sustainable & Resilient Industry) –  קונסורציום של 35 חברות ענק יפניות, בניהול ובמימון חלקי של הממשלה היפנית העוסק בקידום מו”פ לשימוש באצות (כולל מהונדסות) בעיקר לצרכי אנרגיה ירוקה. חוות האצות ממוקמות במלזיה, ומעורבות חברות הענק היא בעיקר לצורך הבטחת ביקושים לאנרגיה מבוססת אצות ומוצרים נוספים.

ייצור ביומסה

שימוש ב-ביומסה (Biomass) של אצות ליצירת מוצרים ברי-קיימא: באמצעות אצות מהונדסות ניתן לייצר מגוון רחב של מוצרים ידידותיים לסביבה, בוודאי ביחס לאלטרנטיבות הקיימות. לדוגמא, ניתן להנדס אצות כך שניתן יהיה לייצר באמצעותן פלסטיק ביולוגי מתכלה במהירות, תרופות ומזון לבעלי-חיים. מעבר לתהליכי ייצור ידידותיים יותר לסביבה, מוצרים אלה עשויים גם להפחית את הביקוש למוצרים פטרוכימיים שייצורם עתיר פליטות פחמן. זאת ועוד, ניתן להשתמש בפסולת אצות לאחר שנעשה בהן שימוש ליצירת דלקים ביולוגיים, להחדירה לקרקע ובכך לתרום לשיפור בריאותה ולהגדיל את פוטנציאל לכידת הפחמן שלה.

כמו בשימושים האחרים שצוינו, גם עלויות ייצור הביומסה של אצות מהונדסות הן בעלות שונות רבה הנובעת מצורת הגידול (לדוגמא, גידול במקור מים או באמצעות ביוראקטור); ונראה כי המספרים אינם מתכנסים לטווח מוסכם. תת-חסמי השוק דומים לאלה של שימושים אחרים שצוינו לעיל, אך במקרה של מוצרי צריכה (FMCG) שני חסמים עיקריים הם:

• רגולציה מכבידה סביב מוצרים מהונדסים גנטית (GMO) באופן כללי ובמיוחד כאלה הנוגעים לתרופות ומזון;
• תפישה ציבורית המבטאת חשש וסקפטיות ממוצרים מהונדסים גנטית.

 אל אלו יש להוסיף שוק שאינו מפותח מבחינת שרשרת הערך כולה, ההופכת את הייצור וההפצה של מוצרים כאלה ללא כדאיים מבחינה כלכלית ונחותים ביחס למוצרים אחרים הנתפשים כבריאים וידידותיים לסביבה.

מספר חברות ראויות לציון בהקשר זה: Global Algae Innovations שהוזכרה קודם לכן, עוסקת בהנדסת וייצור אצות למגוון שימושים, כולל מזון, מזון בע”ח, פולימרים; Neste שהוזכרה קודם לכן מפתחת חומרים מתחדשים, כולל אצות מהונדסות, לצורך ייצור פולימרים וכימיקלים; Arizona Center for Algae Technology and Innovation עוסקת גם במו”פ לשימושים הנוגעים למזון ומזון לבע”ח; ו-Algae4IBD – תכנית במימון ה-א”א (Horizon) המקדמת מו”פ לשימוש באצות לצרכים רפואיים.

ייצור מלחי פחמה

יצירת מלחי פחמה (Carbonate) ו-מימן פחמתי (Bicarbonate): חלק מזני האצות ניתנים להינדוס כך שייצרו מלחי פחמה ומימן פחמתי שבתורם ‘מייצבים’ פחמן בצורת חומר מוצק. בכך נוצרת דרך נוספת לכידת פחמן מהאטמוספירה. מדובר בתחום נישתי ביותר שאין לגביו  מידע מסחרי רב.

שוק האצות העולמי הוערך בכ-21 מיליארד דולר בשנת 2022 והוא צפוי להגיע לכ-45 מיליארד דולר עד שנת 2030 – קצב צמיחה מצרפי (CAGR) של כ-10%. מוצרי תזונת אדם מבוססי-אצות תופסים כשליש מהשוק, מוצרי תזונת בעלי-חיים תופסים כרבע מהשוק והשאר מתחלק בין דלקים ביולוגיים מבוססי-אצות, כימיקלים, קוסמטיקה, ודשנים. מבחינת תחזיות צמיחה, שני הסגמנטים הצפויים לצמוח בשיעורים הגבוהים ביותר (סביב 10% CAGR כל-אחד) הם מזון ותוספי-מזון לאדם ובעלי-חיים ושוק הדלקים הביולוגיים מבוססי האצות, אם כי צמיחה משמעותית צפויה גם בסגמנטים האחרים, כפי ניתן לראות ב verified Market Research, Coherent Market Insights, The Business Research Company.

מספר מגמות מעודדות תחזית צמיחה אופטימית זו:

• העניין הגובר בהתמודדות עם שינויי אקלים, החל בפיתוח יכולות לכידת פחמן, דרך שיקום המגוון הטבעי באמצעים ביולוגיים (Bioremediation) וכלה בייצור ובצריכה של מוצרים ברי-קיימא.
• המוטיבציה הגוברת למציאת חלופות ברות-קיימא לדלקי מאובנים.
• הטווח הרחב של מוצרים – תעשייתיים ולצריכה פרטית כאחד – שניתן פוטנציאלית לייצר באמצעות אצות מהונדסות.
• פריצות דרך טכנולוגיות, בעיקר בתחומי כלי ההנדסה הגנטית והביולוגיה הסינתטית בכלל, לצד יכולת מתפתחת לאינטגרציה של פנומיקה (Phenomics)  עם בינה מלאכותית, בדגש על למידת מכונה. יכולת זו מאפשרת לייצר זני אצות יציבים גנטית, עמידים ומותאמים יותר לצרכים תעשייתיים.
• העניין הגובר באלטרנטיבות ברות-קיימא למזון בעלי-החיים המסורתי.
• העניין הגובר של ממשלות בקידום התחום ברמה הלאומית, הבא לידי ביטוי בהקצאת משאבי מו”פ לפיתוח אורגניזמים מהונדסים, לצד קידום מדיניות המדגישה כלכלה מעגלית והשואפת ליצור אקלים רגולטורי מאפשר.

מספר חסמים מרכזיים מונעים מהתחום למלא את מלוא הפוטנציאל הטמון בו:

ראשית, תהליכי הפיתוח והייצור מורכבים, יקרים ועתירי תשומות. ציוד המעבדה הדרוש למו”פ, לדוגמא לסריקה ואופטימיזציה של הזנים הטובים ביותר – הוא יקר ביותר. לפני גידול בקנ”מ מסחרי נדרשים מחקרי פיילוט רבים במטרה לבדוק האם תושגנה התוצאות המבוקשות בתנאים המדמים תנאים מציאותיים. גידול האצות יקר גם הוא:

• הקמת ותחזוקת תשתיות (לדוגמא, ביוראקטורים ובריכות);
• יצירת ותחזוקת המדיה בה מגודלות האצות, הכוללת תזונה הנדרשת לצמיחת האצה דוגמת חנקן, זרחן, מתכות, מים ועוד;
• האנרגיה הרבה (והיקרה) הנחוצה להפעלת מערכות אלו;
• איסוף (או קטיף) האצות, המצריך מכשור מתקדם דוגמת צנטריפוגות בעלות תצרוכת אנרגטית גבוהה;
• מערכות סינון וחילוט (Flocculants) – תרכובות המשמשות לאיסוף וייבוש האצות ובידודן מהסביבה המימית;
• טיהור שמטרתו להבטיח שהמוצר עומד ברמות הניקיון הדרושות;
• ניהול הפסולת השיורית
• טיפול מתמשך בפלישת מינים זרים, מניעת הדבקויות ויראליות והבטחת יציבות הזן המהונדס לאורך זמן. מסיבות אלו מחיר התהליך ההנדסי עלול להיות תנודתי במקרה של אי-יציבות במחירי חומרי הגלם.

שנית, קיימים עדיין פערי מידע נוגעים לגנים של אצות מסבכים התערבויות גנטיות ממוקדות. שינויים ברכיבים ביולוגיים מסוימים של האצות עלולים לגרור תגובות שרשרת שעדיין אינן מובנות דיין; לדוגמא, מניפולציות על חשיפה לאור אינן משפיעות בצורה שווה על תאים בעומקים שונים של האצה ושינויים אפיגנטיים עלולים להביא לאי-התאמה בין פנוטיפים וגנוטיפים. מורכבות התהליך באה לידי ביטוי גם בצורך באינטגרציה של תהליכי הייצור עם מערכות שונות, לדוגמא, שילוב של תהליכי ייצור האצות עם רשתות אנרגיה או מערכות לטיפול בפסולת. 

שלישית, חוסר עקביות בבשלות הטכנולוגית. בשל המורכבות הרבה של תהליכי המחקר, הפיתוח, הגידול וההפצה של אצות מהונדסות, קשה לקבוע בדיוק את רמת הבשלות הטכנולוגית (TRL) של התחום. רכיבים מסוימים מצויים ברמת בשלות טכנולוגית גבוהה יחסית בעוד שאחרים אינם בשלים. לכן, אפשר לקבוע כי התחום כולו נע בין רמת בשלות של 3 TRL ועד 8 .TRL תחומים מסוימים דוגמת ייצור מוצרי צריכה מבוססי אצות, דוגמת תוספי תזונה וצבעים נמצאים ברמת בשלות גבוהה של TRL 7–8 כלומר נמצאים בשלב של ייצור מסחרי מתקדם. תחומים אחרים, לדוגמא הנדסת זני אצות המיועדים להגברת ייצור הליפידים או להתאמת פרופילי חומצות שומן נמצאים ברמת בשלות של TRL 4–6, שכן למרות שניסויי פיילוט הציגו באופן עקבי תוצאות טובות, אתגרים כמו צריכת מים מרובה, עלות תזונת האצות, ושימוש נכון בתוצרים משניים מקשים על יצירת מתח רווחים טוב כאשר הם מבוצעים בקנ”מ מסחרי. חידושים אחרים, מתקדמים יותר, דוגמת Bioflocculation  לקציר מיקרו-אצות או סינון באוסמוזה קדמית (Forward-Osmosis Filtration) בהקשר של ייצור אצות, עדיין לא הוכחו מתאימים לייצור מסחרי רחב כיוון שהערכה מדויקת יותר של כלל רכיבי הפיתוח, הייצור והשימוש המסחרי במטרה להסיק מכך על בשלות התחום כולו מחייבת מחקר נקודתי סביב כל רכיב ומחייבת להביא בחשבון גם בשלות רגולטורית, בשלות האיטגרציה עם מערכות קיימות (לדוגמא, במקרה של מקורות אנרגיה חליפית) ובשלות הצרכנים לצרוך מוצרים מבוססי אצות מהונדסות.

רביעית, קיימות שלל בעיות – בעיקר טכנולוגיות וכלכליות – הקשורות לשימוש בדלקים ביולוגיים, כולל כאלה המבוססים על אצות מהונדסות. מתוכן נציין, כי הרחבה של ייצור ושימוש בדלקים ביולוגיים תדרוש השקעות תשתית גדולות במו”פ, בייצור, בהובלה, בהפצה, ובייצור כלי תחבורה המסוגלים לנוע על דלק ביולוגי.

תחום האצות המהונדסות מוסדר כיום בארה”ב תחת כמה מסגרות רגולציה קיימות בתחום הביוטכנולוגיה, בעיקר ‘חוק בקרת חומרים רעילים’ (TSCA). החוק מעניק לסוכנות להגנת הסביבה (EPA) סמכות לבדוק מיקרואורגניזמים חדשים, כולל אצות מהונדסות, לפני ייצור או יבוא שלהם לארה”ב. עם זאת, רמת הבדיקה עשויה להשתנות בהתאם למספר גורמים, כגון רמת החדשנות (קרי, עד כמה הטכנולוגיה חדשה) והסיכון הפוטנציאלי שזן ספציפי של אצות עשויות לגרום. בעוד ש-TSCA משמש כבסיס הרגולטורי העיקרי, תקנות אמריקאיות אחרות עשויות לחול בהתאם לשימוש המיועד של אצות מהונדסות. לדוגמה, חוק המזון, התרופות והקוסמטיקה הפדרלי (FD&C Act) מסדיר את השימוש בהן במזון, תרופות וקוסמטיקה; בעוד שחוק הקוטלי חרקים, פטריות ומשמידים (FIFRA) עשוי לחול אם הן משמשות כחומרי הדברה ביולוגיים.

האיחוד האירופי מתייחס לאצות מהונדסות כחלק מהתייחסותו המחמירה לאורגניזמים מהונדסים גנטית (GMOs)  כולל אצות מהונדסות, במסגרת הוראה 2001/18/EC. . הוראה זו מגדירה נהלים של מעקב אחר מוצרי GMO ומטילה דרישות סימון/תיוג בתנאים מסוימים, לדוגמא, כאשר אצות מהונדסות מהוות חלק משמעותי במזון.

דוגמאות לסטרטאפים ישראליים בתחום הנדסת האצות: 

#	שם החברה	תיאור פעילות החברה	שנת הקמה	תמיכת הרשות
1	AlgaHealth	פיתוח מקורות מיקרו-אצתיים לייצור פוקוקסנטין	2017	+
2	Brevel	פיתוח טכנולוגיה לגידול מיקרואצות לצורכי מזון	2016	+
3	Edrei Bio Hydrogen	ייצור מימן באמצעות אצות	2011	–
4	TransAlgae	חברת ביוטכנולוגיה, המתמחה בפיתוח ובגידול אצות	2008	+

מקור: נתוני SNC, IVC ונתוני רשות החדשנות

דוגמאות לסטארטפים ישראליים בתחום שימושי האצות:

#	שם החברה	תיאור פעילות החברה	שנת הקמה	תמיכת הרשות
1	AlgaeArt Smart	חברת טכנולוגיות קלינטק המשלבת התפלת מים עם ייצור ספירולינה	2014	+
2	AlgaeNite	מאפשרים לחוות לייצר דשן אורגני באתר, תוך שימוש רק במים, אנרגיה סולארית וחנקן מהאוויר	2021	–
3	AlgaLife/Algaeing	חקר ופיתוח פתרונות אקולוגיים לייצור סיבים וצבענים מאצות	2016	+
4	Algatechnologies	חברת ביוטכנולוגיה המתמחה בגידול מסחרי של מיקרו אצות	1988	+
5	Aqwind	שירותי טיהור מים וטיפול בשפכים	2015	–
6	Biotic	שימוש במאקרו-אצות ליצירת פולימרי PHBV על בסיס ביולוגי	2020	–
7	BlueGreen Water Technologies	פיתוח ויישום פתרונות לפריחות אצות רעלניות במקווי מים גדולים	2014	–
8	CO2SaaS	מפיקה CO2 ממי ים בתהליך הדומה ליצירת נפט.	2021	–
9	Electric Algae	פיתוח מערכת ביו-אנרגיה המשתמשת במאקרו אצות	2023	–
10	Genesea	ייצור חלבון ומרכיבי מזון מאצות ים	2021	–
11	Groundwork BioAg	פיתוח הדברה הביולוגית של יבולי שדה וירקות	2014	+
12	Vaxa	פיתוח שיטות ייצור מזון	2016	–

מקור: נתוני SNC, IVC ונתוני רשות החדשנות

בסקירה זו דנו בטכנולוגית הגידול החדשה, הנדסת אצות, שמאפשרת שינוי וטיוב תכונות שונות באצה וייצור אצות בעלות מאפיינים משופרים. באופן ממוקד, הצגנו את הפוטנציאל של אצות אלו לתמיכה במאבק בשינויי האקלים העולמיים.

סקרנו את התהליך הטכנולוגי המאפשר הנדסת אצות ואת השימושים הפוטנציאלים של אצות אלו בתחומי האקלים, למשל:

• לכידה ואחסון פחמן ע”י תהליך פוטוסינתזה טבעי והפוטנציאל למקסם את היקף אחסון הפחמן ע”י הנדסה גנטית
• ייצור דלק ביולוגי אשר בשריפתו “מתקזז” עם תהליך לכידת הפחמן באופן טבעי ומייצר שריפת דלק ניטרלית פחמנית
• ייצור ביומסה מאצות והשימושים האפשריים שלהם לפרט ולתעשייה (ייצור פלסטיק, מזון בע”ח וכו’)
• ייצור מלחי פחמה

לצד זאת, דנו גם בחסמים המעכבים שימוש רחב באצות המהונדסות וביניהם עלויות יצור גבוהות, פערי מידע לגבי התנהגות האצות תחת שינוים גנטיים מסוימים, אי-עקביות בבשלות הטכנולוגית הנובעת משימוש בטכנולוגיות מגוונות, אי בשלות של טכנולוגיה נתמכת (רכבים ומפעלים) לשימוש בדלקים מבוססי אצות, דעת קהל שלילית לגבי חומרים מהונדסים גנטית והגבלות רגולטוריות.

בחינת החברות הישראליות בתחום מראה שקצב הצמיחה בשוק הישראלי משתנה, כשרוב החברות הוקמו בעשר שנים האחרונות. רשות החדשנות השקיעה ב-75% מהחברות העוסקות בהנדסת אצות וב-43% מהחברות הישראליות שעוסקות בתחום שימושי האצות הרחב.

ניתן לראות כי לאצות מהונדסות פוטנציאל אדיר לצמצום השפעות שינויי אקלים, וזאת בשל היכולת שלהן להוות תחלופה ברת קיימא לדלקים פוסיליים לצד הפוטנציאל שלהן באחסון ללכידה ואחסון פד”ח.

על כן, בשנים הקרובות נצפה לראות צמיחה בתחום האצות המהונדסות, הן בבשלות הטכנולוגית והן במגוון השימושים ההולך וגדל. בין היתר, ניתן ליחס תחזית זו למוטיבציה הולכת וגוברת הן בפן לאומי והן בשוק הפרטי, למציאת דרכים חדשות להתמודדות עם שינויי האקלים ולצמצום התלות בדלקים פוסיליים. בנוסף, כניסה של טכנולוגיות חדשות, ביניהן בכלי ההנדסה הגנטית והשימוש ב-AI יאפשרו ייצור זני אצות יציבים גנטית ועמידים אשר יוכלו לענות על מגוון רחב יותר של צרכים בתעשייה ויתרמו לפופולריות התחום.

---

* כל המובא במאמר זה נכון ליום כתיבתו ובהתאם לנתונים אשר עמדו בפני מחבר המאמר. רשות החדשנות או מי מטעמה אינם נושאים באחריות כלשהי לנכונות אמיתות ו/או דייקנות הנתונים, כולם או חלקם. המאמר מתפרסם כהעשרה לציבור ואין לעשות בו שימוש מסחרי כלשהו, ובכלל זה, לצורך מכירתו, הפצתו/הצגתו.