בכל מקום שבו נהר נשפך לים, המפגש בין מים מתוקים למים מלוחים מייצר אנרגיה טבעית. כאשר יוני המלח עוברים דרך מסננים מיוחדים כדי לאזן את ריכוזי המליחות משני צדי המסנן, תנועתם מייצרת זרם חשמלי נקי ונטול פחמן – זמין סביב השעון, בלי תלות בשמש, ברוח או במזג האוויר. זהו הפוטנציאל שהפך את "האנרגיה הכחולה" למושא משיכה עולמי כבר עשרות שנים.
בפועל, המכשירים שנבנו בעולם כדי לנצל את הפוטנציאל הזה הפיקו הרבה פחות חשמל מהמתוכנן – לעיתים פי אלפים פחות מהתחזיות המעבדתיות – והותירו את המפתחים בתהליכי ניסוי וטעייה איטיים ויקרים, בלי הסבר מדעי.
החוקרים מבאר שבע היו הראשונים בעולם לבחון את הפיזיקה של המערכת כולה ולא רק של חלקה. הם מצאו שכל החישובים התיאורטיים בתחום התמקדו במסנן הזעיר עצמו, בתנאי מעבדה אידיאליים, והתעלמו ממאגרי המים הגדולים שמשני צדיו – ושם, מתברר, התחבא הפער בין התיאוריה למציאות.
המחקר חושף שלושה מנגנונים פיזיקליים שהתחום החמיץ: ראשית, מאגרי המים סביב המסנן מייצרים התנגדות חשמלית גבוהה שחונקת את זרימת החשמל, וההתעלמות מהם הובילה להערכות תפוקה מופרזות בכמה סדרי גודל. שנית, רמת המליחות שמפיקה את הזרם החזק ביותר אינה אותה רמה שמניבה את כמות החשמל המרבית – שתי נקודות אופטימום נפרדות שתוכניות קודמות הניחו בטעות שהן חופפות. שלישית, ההתנגדות החשמלית של המערכת תלויה במתח, בניגוד למוליכים מתכתיים קלאסיים, ושינוי במתח עשוי להכפיל אותה ואף יותר.
"עד היום, היעדרו של מודל פיזיקלי עצמי-עקבי חייב ניסיינים לכוונן חומרים וצורות של ערוצים בניסוי וטעייה אמפירי, כשהם מייחסים לעיתים קרובות את השיפורים שהשיגו למנגנונים שגויים או חלקיים בלבד. אנחנו פיתחנו מודל תיאורטי דטרמיניסטי. במקום לבזבז משאבים יקרים על חיפוש אחר חומרים אקזוטיים ונדירים, מאמצי ההנדסה חייבים להתמקד בהפחתת ההתנגדות הנובעת ממאגרי המים – למשל באמצעות מיקום האלקטרודות קרוב ככל האפשר פיזית למסנן עצמו."
הסביר פרופ' יואב גרין, מהמחלקה להנדסת מכונות באוניברסיטת בן-גוריון בנגב.
ההשלכות חורגות מתחום האנרגיה המתחדשת. מכיוון שתנועת היונים דרך מסננים ננומטריים סלקטיביים נשענת על אותם חוקי פיזיקה בכל מערכת, המודל עשוי לשפר את יעילותם של מתקני התפלת מי ים, לשכלל חיישני ננו-נקבוביות המשמשים לריצוף DNA וחלבונים, ואף לסייע בהבנת תעלות יונים ביולוגיות בממברנות התא האנושי.
