גומי

גומי הוא פולימר אלסטי המורכב מתת יחידות של איזופרן ומכיל גם כמות קטנה של חלבונים, שומנים, סוכרים ומינרלים. גומי טבעי מיוצר משרף של עצים טרופיים שונים ומספר צמחים נוספים. ראיות ראשונות לשימוש בגומי טבעי נמצאו בחפירות ארכאולוגיות במרכז אמריקה ודרום מקסיקו ומתוארכות לתקופה של 1500 לפנה"ס. לגומי טבעי שימושים רבים בתחום תעשיית הרכב, המכשור הרפואי, תעשיות איטום ובידוד ותעשיות רבות נוספות, והוא מהווה חומר גלם חשוב ביותר. גומי טבעי הוא בין מוצרי היצוא של תאילנד, ניגריה, אינדונזיה, קמרון ומקומות שונים על גדות האמזונאס. הגומי מסמל גמישות והשימוש במונח גומי מתייחס גם לאדם גמיש (איש גומי, נערת גומי) בגלל גמישותו.

גומי טבעי

גומי טבעי מיוצר בכ-7,500 מיני צמחים המשתייכים לכ-300 סוגים ושמונה משפחות. המוהל החלבי הנובע מפצעים בצמחים ממשפחת החלבלוביים, התותיים, ההרדופיים, המורכבים, האסקלפיים והפרגיים הוא למעשה צֶמֶג (לטקס) – תרחיף של חלקיקי גומי בתמיסה מימית. התפקיד הביולוגי של צמג בצמח אינו לגמרי ברור, אך חוקרים סבורים שהוא משמש כחומר קרישה בפצעים כדי למנוע חדירה של חרקים אל תוך רקמת השיפה של הצמח. מתוך מגוון הצמחים המייצרים צמג רק מעטים שימשו במהלך ההיסטוריה להפקה של גומי טבעי, כאשר המקור העיקרי להפקת גומי מהמאה התשע עשרה ואילך הוא עץ הגומי הוואה ברזילאית Hevea brasiliens. מקורות נוספים להפקת גומי הם העץ פיקוס הגומי Ficus elastica, עץ הגוטה-פרצ'ה, צמח הַוּוַאיוּלִי Parthenium argentatum וצמח השינן הרוסי Taraxacum koksaghyz.

גומי בתקופה הפרה-קולומביאנית

הראיות הקדומות ביותר לשימוש בגומי נמצאו בחפירות ארכאולוגיות במרכז אמריקה. באזור דרום מקסיקו של היום נמצאו הממצאים הראשונים המתוארכים לתקופת תרבות האולמק (Olmec), תרבות ששגשגה בין השנים 1500-400 לפנה"ס. בני האולמק הפיקו גומי טבעי מעץ הגומי באמצעות ביצוע חתכים חוזרים ונשנים בקליפת העץ בגרזן אבן, והצמג שטפטף מן הפצע בקליפה נאסף בכלים מחרס או בעלים שהוצמדו לגזע. יש לציין שבאזור מרכז אמריקה ודרום מקסיקו גומי הטבעי הופק בתחילה מעץ הגומי המקסיקני Castilla elastica ממשפחת התותיים, היות שהתפוצה הטבעית של הסוג Hevea מוגבלת לאגן האמזונאס.
לגומי הטבעי היו שימושים רבים בקרב התרבויות העתיקות של ארצות מרכז אמריקה: הגומי הטבעי היווה חומר בסיס לתמיסות ומשחות רפואיות, שימש כחומר בערה בדומה לשומן מן החי באירופה ושימש כמנחה בטקסים דתיים. על מנת להקנות לגומי עמידות רבה יותר הוסף לגומי לאחר הפקתו מהעץ מוהל מצמח מטפס ממשפחת החבלבליים (Morning glory), ולאחר תהליך ייצוב זה הגומי שימש גם לעיצוב פסלונים. עם זאת השימוש החשוב ביותר של גומי טבעי היה בייצור כדורי גומי למשחק הכדור הטקסי טלאצ'טלי. למשחק הכדור היה מעמד מקודש בתרבות בני האולמק וארכאולוגים סבורים כי הוא שימש חלק מפולחן אל הגשם. זירות משחק הכדור מוקמו באזורים פוריים ושופעי מים, בהם נמצאו גם עצמותיהם של קורבנות לאל הגשם ומנחות טקסיות שונות. בקרקעית ביצה באזור El Manati שבדרום מקסיקו נמצאו מנחות המתוארכות לשנים 1500-1700 לפנה"ס המכילות עצמות ילדים, גרזני אבן, חרוזים וגם כדורי גומי בקוטר 15 ס"מ. באופן רגיל גומי טבעי מתפרק במהירות לאחר חשיפה לאוויר, אך התנאים האנאירובים בקרקעית הביצה סייעו לשימורו במשך אלפי שנים.

הגעת הגומי לאירופה

במשך 250 שנה לאחר גילוי אמריקה על ידי כריסטופר קולומבוס, הגומי נודע באירופה בתור קוריוז ותו לא. אמנם כבר בשנת 1531 לספירה הובאו ילידים מקסיקנים אצטקים לחצר המלוכה הספרדית על מנת להדגים את משחק הכדור ולשעשע את האצולה, אך הפוטנציאל הגלום בחומר האלסטי לא מומש עד המאה השמונה עשרה. השימוש הראשון באירופה עבור הגומי הטבעי התגלה בשנת 1770 על ידי הכימאי האנגלי ג'וזף פריסטלי, שמצא שפיסות גומי קטנות יכולות למחוק סימני עפרון כאשר משפשפים אותן על הנייר . עד היום, למרות אין ספור שימושים נוספים וחשובים לעין ערוך, המינוח בשפה האנגלית עבור גומי הוא Rubber על שם אותם מחקי גומי. בשפות גרמנית וצרפתית המינוח עבור גומי הוא תעתיק של ההגייה הילידית לשם עץ הגומי קאוצ'וק, ואילו בפורטוגזית המינוח הוא Borracha או "שיכורה" – כינוי שקיבלו מטילי הגומי שהגיעו מברזיל בגלל צורתם הדומה לבקבוק יין.
לקראת סוף המאה השמונה עשרה ותחילת המאה התשע עשרה התווספו עוד כמה שימושים לגומי טבעי. האחים ז'וזף מישל וז'ק אטיין מונגולפייה (Montgolfier) ערכו בשנת 1783 בוורסאי את ניסיונות התעופה הראשונים המתועדים באמצעות כדור פורח העשוי מבד משי מצופה בגומי טבעי. גומי טבעי שימש גם לראשונה ליצירת בדים אלסטיים והחליף באופן חלקי את מחוכי עצמות הלוויתן שהיו אופנתיים בפריז של המאה השמונה עשרה ותחילת המאה התשע עשרה. שימוש נוסף לגומי היה ייצור נעליים גמישות ורכות : נעלי כותנה נשלחו לברזיל, שם צופו בצמג נוזלי ונשלחו חזרה לאירופה . עם זאת מספר בעיות הגבילו מאוד את השימוש בגומי טבעי באותה תקופה. גומי טבעי לא מעובד נוטה להיות נוקשה ושביר בטמפרטורות נמוכות ודביק מאוד בטמפרטורות גבוהות. תכונות אלו גרמו לכך שנעליים ובדים שהכילו גומי נטו להידבק אל הגוף במזג אוויר חם או בחשיפה לשמש, וסחורות גומי שאוחסנו באזורים בעלי אקלים חם מדי נהרסו לחלוטין. בעיה נוספת היא שגומי טבעי מתחיל להתפרק ימים ספורים לאחר חשיפה לחמצן ומדיף ריח חריף בתהליך, דבר המהווה בעיה בייחוד בתחום ההלבשה.

גילוי תהליך הגיפור (וולקניזציה)

תהליך הגיפור נתגלה לראשונה בשנת 1839, אז ערך הממציא האמריקני צ'ארלס גודייר סדרת ניסיונות שמטרתם הייתה שיפור תכונות הגומי הטבעי באמצעות הוספת חומרים כימיים שונים. במהלך אחד הניסויים נשכחה תערובת של גומי טבעי וגופרית בכבשן למשך הלילה ולמחרת בבוקר החומר שנמצא היה עמיד בטמפרטורות גבוהות, עמיד באור ובעל אורך חיים ממושך בהרבה מגומי לא מעובד. גודייר ערך ניסויים נוספים בכיוון זה עד שהושג תהליך תעשייתי - הוולקניזציה. התהליך נקרא וולקניזציה על שם הנפח ואל האש במיתולוגיה הרומית וולקן בזכות החום הרב שהוא דורש. לאחר תהליך הוולקניזציה גומי נשאר מקובע בצורה בה הוא נתון וניתן לעצב אותו רק באמצעות חיתוך או שיוף. גילוי תהליך הוולקניזציה גרם לתנופת מחקר ופיתוח של שימושים חדשים לגומי כאשר ביניהם המצאת הצמיג והבידוד החשמלי שחוללו מהפכה של ממש בתחום התחבורה והתעשייה העולמית.

מעבר לייצור תעשייתי של גומי

עד ראשית המאה העשרים, גומי נאסף ברובו מעצים שגדלו באופן טבעי ביערות הגשם בברזיל ובדרום מקסיקו, ולא נעשו ניסיונות מוצלחים לגדל אותו במטעים. בשנת 1876 נשלח איש העסקים הבריטי-ברזילאי הנרי וויקהאם (Henry Wickham) מטעם הממשלה הבריטית להשיג זרעים מעץ הגומי על מנת להתחיל לפתח גידול תרבותי של עץ הגומי מחוץ לאגן האמזונס. וויקהאם חכר ספינת משא בריטית והצליח לאסוף כ-70,000 זרעים של Hevea brasiliensis, כולם מעצים בריאים המניבים כמות גדולה של גומי, מאזור הנמצא במעלה נהר הטפז'וס שבברזיל. על מנת להימנע מעיכובים ביורוקרטים הנוגעים להוצאה של צמחים מברזיל, וויקהאם טען בפני מושל המחוז שמטען הספינה הוא צמחים אקזוטיים המיועדים לגני קיו שבלונדון, וכך הצליח להבריח את הזרעים אל מחוץ לברזיל. מתוך אותם 70,000 זרעים שנאספו ונשלחו לגני קיו בלונדון, 2,700 נבטו ונשלחו לסינגפור, מלזיה, אינדונזיה, דרום הודו ומספר אתרים נוספים בעלי אקלים טרופי במזרח אסיה.
במקביל לנטיעת מטעי עץ הגומי בארצות מזרח אסיה פותחו שיטות חדשות ויעילות יותר להפקת הגומי מהעץ שהעלו את התפוקה מכל עץ והאריכו משמעותית את חיי העצים. בראשית המאה העשרים היו גם מספר ניסיונות כושלים לנטיעה של מטעי עץ הגומי באגן האמזונס. הסיבה העיקרית לכישלון הייתה התפרצות של מחלת כמשון העלים הדרום אמריקאית (South American Leaf Blight – SALB) שהשמידה את כל היבול במטעים. כל הזרעים שוויקהאם העביר לגני קיו לא הכילו נבגים של הפטריה Microcyclus ulei גורמת המחלה, וכך תפוצת המחלה נשארה בגבולות דרום ומרכז אמריקה. בזכות שיטת הגידול המרוכז ושיטות ההפקה היעילות יותר עלה במהירות ייצור הגומי במטעי המזרח הרחוק, בעוד שכמות הגומי שנאספה מעצי בר באגן האמזונס נשארה זהה. בשנת 1913 עלה לראשונה ייצור הגומי במטעים על הכמות שנאספה באגן האמזונס בברזיל, עובדה שציינה את תחילת השקיעה של ברזיל כאימפרית הגומי העולמית.

גומי במאה העשרים

בד בבד עם הדרישה ההולכת וגוברת לגומי לתעשיות השונות בעולם נעשו מסוף המאה התשע עשרה מאמצים רבים לייצר גומי סינתטי ממקורות שונים. בשנות השלושים של המאה העשרים התפרסמו עבודותיהם של המדענים וולאס קרותרס (Carothers) האמריקאי, סרגיי לבדב (Lebedev) הרוסי והרמן שטאודינגר (Staudinger) הגרמני אשר חקרו בנפרד סינתזת פולימרים של בוטאדיאן. מחקר שתכליתו פיתוח תחליפים סינתטיים לגומי בוצע בראשית המאה העשרים, אך הזרז העיקרי לפיתוח גומי סינתטי היה כיבוש מטעי הגומי במזרח אסיה על ידי יפן במלחמת העולם השנייה.
מטעי הגומי במזרח הרחוק היו יעד אסטרטגי חשוב עבור יפן על מנת ליצור לחץ כלכלי על בעלות הברית. עד שנת 1942 יפן כבשה את רובם המוחלט של מטעי הגומי במזרח אסיה מלבד המטעים בסרי לנקה. נוכח המחסור הקשה בגומי טבעי בארצות הברית ובבריטניה הואץ מאוד פיתוח תחליפים סינתטיים לגומי טבעי, ובשנת 1945 כבר הופקו כמויות עצומות של כ-866,069 טונות של גומי סינתטי בשנה בארצות הברית. מתוך כמות זו 756,040 טונות היו חומר חדש, קופולימר של בוטאדיאן וסטירן הידוע בשם GR-S (ראשי תיבות של Government Rubber Styrene) ומשמש כיום בייצור של מוצרים כגון צינורות גמישים לתעשייה, צמיגי מכוניות ועוד.
תעשיית הגומי הסינתטי לא החליפה את תעשיית הגומי הטבעי, משום שלגומי טבעי תכונות עדיפות במקרים רבים על גומי סינתטי, ורוב מוצרי הגומי מכילים תערובת של גומי טבעי וגומי סינתטי. למרות זאת הקמת תעשיית הגומי הסינתטי הנחיתה מכת מחץ על תעשיית גידול הגומי הדרום אמריקאית. בתום מלחמת העולם השנייה כאשר נפתחו נתיבי מסחר הגומי ממזרח אסיה ירד שוב מחיר הגומי, ובשילוב עם הגידול בתעשיית הגומי הסינתטי איסוף הגומי מיערות הגשם באמזונס נעשה לא כדאי מבחינה כלכלית.
כיום למעלה מ-50% מהגומי הטבעי המיוצר בעולם מגיע לתעשיית הצמיגים לרכבים כבדים. צמיגים לרכבים פרטיים ואופניים מיוצרים מפולימר סינתטי כגון GR-S או פוליבוטאדיאן מעורב באחוז קטן של גומי טבעי. צמיגים לרכבים כבדים כגון אוטובוסים ומשאיות שצריכים לעמוד בעומסים גבוהים יותר מורכבים מאחוז גבוה יותר של גומי טבעי. כל הצמיגים היום מכילים גם פחם, סיבים פלסטיים וסיבי פלדה לחיזוק הצמיג, וכן חומרים כימיים נוספים כגון אנטיאוקסידנטים ואנטיאוזודנטים המגבירים את העמידות בטמפרטורות קיצוניות ומקטינים את השחיקה. שימושים נוספים לגומי טבעי הם רצועות ממסר במנועים, בולמי זעזועים סייסמיים ביסודות בניינים ומתלים בגשרים. במגזר הפרטי משמש הגומי לייצור של כדורי משחק שונים, מוצרי הלבשה והנעלה, מוצרי איטום ועוד. בתחום הרפואי גומי משמש לייצור של כפפות לטקס למעבדות, לייצור של צנתרים, שקיות לאחסון דם ופלזמה, משאבות, מזרקים ואמצעי מניעה.

הפקת הגומי מעץ הגומי הוואה ברזילאית

הפקת הגומי מעץ הגומי מתבצעת באמצעות חריצת הקליפה ואיסוף הצֶמֶג הניגר מן הפצע. רקמת השיפה בקליפת העץ מכילה תאים מיוחדים הנקראים תאי Laticifer שמייצרים בתוכם את הגומי, וכאשר תאים אלו נפגעים הם מפרישים את תכולתם החוצה. לאחר איסוף הצמג הוא עובר סדרה של עיבודים הכוללים הוספה של חומרי הקרשה, חומרים מייצבים וגיפור. כל חתך בגזע העץ מגיר צמג במשך כ-7–8 ימים ולאחר פרק זמן זה יש לבצע חתך נוסף באותו אתר. חריצת הגזעים ואיסוף הצמג מתבצעת באופן ידני במטעי עצי הגומי.

מקורות חלופיים לגומי טבעי

עץ הגומי Hevea brasiliensis הוא המקור לרוב תפוקת הגומי הטבעי בעולם. ישנה דרישה הולכת וגוברת למציאה של מקורות חלופיים לגומי טבעי מכמה סיבות עיקריות, כאשר הסיבה המובילה היא מחלת כימשון העלים הדרום-אמריקני (SALB – South American Leaf Blight). כימשון זה נגרם על ידי הפטריה Microcyclus ulei ממערכת האסקומיקוטה ופוגעת בעצי גומי שנכנסים לשלב הבגרות, 6-7 שנים לאחר הנביטה. הכימשון גורם נזק קשה לעלים, הגבעולים והפרות הצעירים ותוך פרק זמן קצר גורמת לתמותת העץ. כימשון העלים הדרום-אמריקני עדיין לא התפשט מחוץ לגבולות דרום ומרכז אמריקה, הודות לסגר ביולוגי מחמיר ביותר, אך עם הזמן גוברת הסכנה המצטברת להעברה של נבגים של הפטריה. מטעי הגומי במזרח אסיה פגיעים במיוחד למחלה משום שהגיוון התורשתי שלהם מצומצם מאוד. העברה של נבגי Microcyclus ulei למזרח אסיה עשויה להתרחש בכל נתיב מסחר שמקשר בין דרום אמריקה לבין מזרח אסיה, והיא עלולה לגרום לקריסה של כל תעשיית הגומי הטבעי בעולם.
סיבה נוספת לחיפוש אחר מקור חלופי לגומי טבעי היא שיעור האנשים האלרגיים לחלבונים בצמג שמקורו בעץ הגומי, אשר זינק בשנות ה-80 של המאה ה-20 בעקבות השימוש בכפפות לטקס בטיפולים רפואיים. האומדנים על שכיחות האלרגיה ללטקס בקרב אנשי צוות רפואי נעים בין 3.7-8.0%. ללא טיפול מונע מתאים, כרבע עד מחצית מהילדים הסובלים ממומים במערכת המין ודרכי השתן או משדרה שסועה עלולים לפתח אלרגיה ללטקס בעקבות התערבות ניתוחית. כפפות ניתוח נטולות לטקס הפגינו ביצועים נחותים במבחני חדירות בהשוואה לכפפות לטקס, ולכן השימוש בהן עשוי להוות סיכון בטיחותי למטפלים ולמטופלים.
סיבה שלישית היא תנאי הגידול הייחודיים של עץ הגומי. עץ הגומי גדל רק באזורים טרופיים בעלי חורף חם וריבוי משקעים. על מנת לענות על דרישות השוק יש צורך להרחיב את תחומי הגידול, ולמצוא מינים שניתן לגדל גם באקלים קר יותר או לחלופין באזור עם מיעוט משקעים. בגלל עליית מחירי הנפט הגולמי הביקוש העולמי לביו-דיזל הולך וגובר, ומסיבה זו מטעי גומי בחלק נרחב מהאזורים במזרח אסיה נעקרים ומגדלים בהם כיום את דקל השמן עבור הפקה של ביו דיזל. בניגוד לדקל השמן, לא ניתן להיעזר במכונות עבור הפקת הגומי מעץ הגומי והעבודה מתבצעת באופן ידני בלבד, תהליך יקר משמעותית מאיסוף ממוכן. בנוסף לכך מחירי הנפט הגולמי העולים מייקרים את ייצור הגומי הסינתטי. חוסר הוודאות לגבי כמות הנפט שעוד ניתן להפיק מבארות ברחבי העולם תורמת גם היא למאמצים לחיפוש מקורות חלופיים לגומי טבעי.
הדרישות ממקור חלופי לגומי טבעי הן ייצור כמות גדולה של גומי בעל משקל מולקולרי גבוה, כמות גדולה של ביומסה וקצב גידול מהיר. מתוך כל מגוון המינים שידוע שמייצרים גומי רק שני צמחים נחקרו לעומק כמקור פוטנציאלי לגומי : השינן הרוסי ושיח הוּוַאיוּלִי. צמח הַוּוַאיוּלִי Parthenium argentatum or GUAYULE נהגה (why-YOU-lee) הוא שיח רב שנתי ממשפחת המורכבים הגדל באזורים צחיחים למחצה במקסיקו ובדרום ארצות הברית. מלבד עץ הגומי, שיח הַוּוַאיוּלִי הוא הצמח היחיד בו השתמשו בראשית המאה העשרים לייצור תעשייתי של גומי טבעי. הגומי המופק מהצמח הוא באיכות גבוהה המתבטאת במשקל מולקולרי גבוה, ובתכולת חלבונים אלרגניים נמוכה משמעותית זו של עץ הגומי. בזכות תכונות אלו גומי המופק מצמח הַוּוַאיוּלִי משמש לייצור של אמצעים היפואלרגניים לתעשיית הרפואה כגון כפפות גומי וצנתרים.
הפקת הגומי מצמח הַוּוַאיוּלִי מתבצעת באמצעות קציר של הצמח, ריסוק הענפים והעלים, מיצוי הצמג באמצעות כבישה והוספת ממיסים אורגניים. היתרונות הבולטים של צמח הַוּוַאיוּלִי על פני עץ הגומי כגידול תעשייתי הם יכולת הצמח לגדול באזורי אקלים יבשים (אם כי הצמח לא שורד טמפרטורות נמוכות בחורף), והאפשרות לקצור ולעבד את היבול במכונות. החיסרון העיקרי הוא העלות הגבוהה של המכשור והחומרים הכימיים הדרושים להפקת הגומי.
בשנות השלושים של המאה העשרים ממשלת ברית המועצות פיתחה תוכנית לייצור של גומי טבעי ממקור שאינו עץ הגומי – השינן הרוסי. השינן הרוסי Taraxacum koksaghyz הוא צמח ממשפחת המורכבים שגדל בקזחסטן ומכיל כמויות גבוהות של גומי במשקל מולקולרי גבוה המרוכז בשורש. יש לשינן הרוסי יתרון על פני עץ הגומי בכך שהוא צמח חד-שנתי בעל קצב גידול מהיר במיוחד וניתן לגדל אותו בתנאים דומים לאלו שבהם גדלים גידולים אחרים ממשפחת המורכבים כגון עולש וחסה. קצב הגידול המהיר מאפשר ברירה מהירה של זנים מניבים, וביצוע של מספר רב של הכלאות עם מינים אחרים של שינן כגון שינן רפואי ושינן עב שורש לקבלת כלאיים בעלי תכונות עדיפות.
בנוסף לכך מתבצע מחקר שמטרתו ליצור צמחי שינן מהונדסים גנטית המייצרים כמות גדולה יותר של גומי. חיסרון אפשרי של גומי המופק מהשינן הוא תכולת החלבון הגבוהה שלו העלולה לגרום לתגובה אלרגית קשה אף יותר מהתגובה שמחולל גומי מהעץ הוואה ברזילאית. מנגנון הפרשת הצמג בצמח השינן דומה לזה של עץ הגומי, ומתנהל בתוך תאים ייעודיים (תאי Laticifer). עם זאת לא ניתן להפיק את הצמג על ידי חריצה של קליפת הצמח משום שהגומי מתרכז בשורש. הפקת הצמג מתבצעת על ידי עקירה של כלל
היבול, ריסוק שורשי הצמח וכבישה להפקת הגומי. בדומה להפקת הגומי מצמח הַוּוַאיוּלִי, יש לשינן הרוסי יתרון בכך שניתן להשתמש במכונות בכל תהליך הפקת הגומי. החסרון המשותף לצמח השינן ולצמח הַוּוַאיוּלִי הוא העלות הגבוהה של תהליך הפקת הגומי הנובעת מהעיבוד הכימי הדרוש כדי להפיק את הגומי מהצמג לאחר הפקתו מהצמח.

גומי טבעי כמקור לאנרגיה מתחדשת

גומי טבעי הוא פחמימן, ולכן בדומה לגידולים כמו תירס ודקל השמן הוא עשוי לשמש כמקור לדלק ביולוגי. ארצות הברית כיום דוגלת בהקטנת התלות במאגרי הדלק המאובן, מה שיוצר ביקוש הולך וגובר בעולם כולו לדלק ביולוגי. הדבר גורם לכך שיבולי תירס שלמים בארצות הברית מיועדים לייצור של אתנול במקום להישלח למדינות העולם השלישי מוכות הרעב כסיוע הומאניטרי. גידול של צמח הַוּוַאיוּלִי למשל עבור הפקת ביו-דלק עשוי להיות פתרון לבעיה זו, משום שהַוּוַאיוּלִי מסוגל לגדול בתנאים קשים בהם מעט צמחי מזון משגשגים.