אנרגיה נקייה יותר: תמונת מצב

הצורך באנרגיה נקייה וידידותית לסביבה הולך ותופס מקום יותר ויותר חשוב במחקר הבינלאומי. השינויים באקלים הגלובלי, זיהום האוויר, הימים, האדמה ומקורות המים, והתדלדלות מאגרי הדלק ממקור פחמימני ובכללם נפט ופחם, מביאים לחיפוש מתמיד אחר חלופות יעילות יותר להפקת אנרגיה זולה, זמינה ונקייה.

הכנסתם לשימוש של מכשירי חשמל למשק הביתי, המוסדי והתעשיתי, הביאה לעלייה בדרישות החשמל. זאת, בנוסף לדרישה ההולכת וגוברת של הייצור בעולם המערבי, שרובו ככולו מתבסס על מערכות ממוחשבות וטכנולוגיות, וכן על העלייה הממשיכה במספר המכוניות וכלי הרכב, הטיסות והצורך הגובר בדלק לתנועה ותחבורה. כבר לפני עשורים רבים פורסמו אזהרות בדבר הנזקים שגורמים השימוש והתלות הגוברת בדלקים ממקור פחמימני (פוסילי).

מקורות הדלק הנפוצים כיום מזיקים לסביבה, בכך שהם גורמים לתופעות סביבתיות חמורות עד כדי שינויי אקלים, היעלמות קרחונים והתמוססותם תוך העלאת מפלס הימים, תופעת הגשם החומצי, כריתת יערות והדלדלות כמות החמצן ושכבת האוזון באופן מעורר חשש.

למרות שמחקרים שונים שנערכו בשנים האחרונות הראו כי אנרגיה ידידותית לסביבה היא המפתח להמשך הפיתוח, התיעוש והקדמה הטכנולוגית של החברה המערבית, נדמה שהמניע העיקרי לחיפוש אחר מקורות אנרגיה חלופיים מגיע דווקא מן הצד הכלכלי. העלייה המתמידה במחירי הנפט מטרידה את רוב אנשי התעשייה הרבה יותר מזיהום האוויר או הרס כדור הארץ. התוצר הוא זהה: חיפוש אחר מקורות אנרגיה חלופיים, נקיים יותר, ולא פחות חשוב מכך - זולים יותר וזמינים יותר.

תוצאות טובות מהמצופה

לאחרונה פרסמו מדענים ממכון ויצמן למדע על טכנולוגיה חדישה המאפשרת ייצור של דלק מימן באמצעות אנרגית השמש, והצליחו ליצור אנרגיה בקנה מידה תעשייתי, בהיקף של 300 קילוואט. הטכנולוגיה נולדה בישראל, אך פותחה לקנה מידה קדם תעשייתי על-ידי מדענים משוויץ, צרפת ושוודיה. המדענים ידווחו על תוצאות הניסויים בכנס המדעי השנתי של האגודה הבין-לאומית לחקר אנרגיית השמש (ISES). את הפרויקט מימן, במלואו, האיחוד האירופי, המקדיש משאבים רבים לפיתוח טכנולוגיות הפקת אנרגיה ידידותית לסביבה.

אחד החומרים העיקריים הנמצאים בחזית המחקר של אנרגיה ידידותית לסביבה הוא המימן. זהו היסוד הכימי הנפוץ ביותר ביקום, והוא נמצא בכמויות עצומות גם על פני כדור הארץ. שריפתו של המימן היא תהליך חמצון המפיק אנרגיה רבה, אך לא מזהם את הסביבה משום שתוצרי השריפה הם בעיקר אדי מים.

הבעיה העיקרית עם המימן כדלק, אינה בעצם השימוש בו - אלא בתהליך הפקתו. ההפקה של מימן בטכנולוגיות הקיימות כיום, ובתהליכים מסורתיים שונים, היא יקרה מאוד ובמהלכה נוצרים תוצרי לוואי מזהמים המסכנים את הסביבה. בנוסף, ההפקה מלווה בעלויות גבוהות של אחסון המימן ושינועו במיכלים מיוחדים, ובעיות בטיחותיות קשות.

לדברי החוקרים ממכון ויצמן למדע, הטכנולוגיה החדשה שפותחה נותנת מענה לחסרונות ההפקה של המימן, באמצעות יצירת מקור ביניים של אנרגיה באמצעות שימוש בתחמוצות של מתכות שונות, דוגמת תחמוצת אבץ. התחמוצת היא תרכובת כימית הנוצרת בעת מגע בין יסוד לחמצן. באמצעות אור שמש ממוקד, מחממים תחמוצת של מתכת לחום של כ-1,200 מעלות צלזיוס. התחמוצת מתפרקת, ומשחררת לסביבה חמצן וגז אבץ - שמתעבה ונדחס לאבקה.

אגירה כימית של אור השמש

כאשר אבקת האבץ מוכנסת למים נוצרת תגובה כימית המביאה לפירוק מולקולות המים וליצירת תחמוצת אבץ. בתהליך זה משתחררים אטומי המימן הקשורים במולקולות המים, ונוצר מימן חופשי אותו ניתן לאגור לשימוש כאנרגיה. את תחמוצת האבץ ניתן לחמם שוב, כדי לעשות בה שימוש מחזורי ובכך להוזיל את עלויות הפקת הדלק.

בניסויים שבוצעו באחרונה במתקן שהופעל בהספק של 300 קילוואט, הופקו 45 ק"ג אבק אבץ בשעה - כמות גדולה מהצפוי. לדברי החוקרים, תהליך זה אינו מזהם את הסביבה, ואת האבץ אפשר לאחסן ולהוביל בקלות יחסית, כך שאפשר יהיה להפיק באמצעותו מימן בזמן ובמקום הרצויים. אפשר גם להשתמש באבץ ישירות, למשל בסוללות אבץ-אוויר האוגרות חשמל ביעילות. למעשה, מציינים החוקרים, המשמעות של שימוש בסוללות אלה היא אגירה כימית של אנרגיית שמש.

"אנו שמחים להיווכח, שלאחר שנים של מחקר מדעי בסיסי, מתפתחות ועולות אפשרויות חדשות לניצול אנרגיית שמש בקנה מידה תעשייתי", אומר פרופ' יעקב קרני, ראש המרכז לחקר אנרגיית השמש במכון ויצמן למדע. "הצלחת הניסויים שבוצעו במכון היא שלב חשוב בדרך ליישום הטכנולוגיה שנולדה בשלבים ראשונים של המחקר במכון ויצמן", אומר המהנדס מיכאל אפשטיין, ראש הפרויקט במכון.

הרעיון של פירוק תחמוצות מתכת באמצעות אנרגיית השמש נבחן במשך שנים במתקני המחקר הסולריים של מכון ויצמן למדע, שהם מהמתקדמים מסוגם בעולם. מתקנים אלה כוללים את "מגדל השמש", שאליו ממוקדות 64 מראות ענק העוקבות אחר השמש, מרכזות את אורה ומשגרות אותו למראה ייחודית המותקנת על המגדל ומפנה את האור המרוכז כלפי מטה, אל מתקני הניסוי המוצבים על הקרקע.

מדעני המכון חוקרים כעת את אפשרויות השימוש בתחמוצות מתכת אחרות, בנוסף לתחמוצת אבץ, וכן חומרים נוספים העשויים לשמש להמרה יעילה של אור השמש לאנרגיה הניתנת לאיחסון.

ג'ורג' בוש: בעד או נגד?

מלבד שיקולי המחיר והשינוע, אחד הקשיים העיקריים בשימוש במימן כחומר דלק הוא הלחץ שמפעילה תעשיית הנפט והפחם על גורמים פוליטיים שונים. נשיא ארצות-הברית המכהן כיום, ג'ורג' בוש, נחשב לאחד המתנגדים הבולטים למציאת חלופות לנפט, פחם ולדלקים ממקור פחמימני.

בשנת 1999 נחתמה "אמנת קיוטו", אמנה בינלאומית המחייבת אומות שונות בעולם להפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני וגזי חממה אחרים כתוצאה משימוש בחומרי דלק מזהמים בתעשייה, בתחבורה ועוד. כחלק מהתוכנית הבינלאומית לצמצום שיעורי הפליטה של החומרים המזהמים, המשפיעים על אקלים כדור-הארץ, נדרשה בחינה מעמיקה של טכנולוגיות חדשות לייצור ואספקה של אנרגיה.

ב-2001 הודיע בוש כי ארצות-הברית לא תחל ביישום אמנת קיוטו, למרות התחייבויותיה הקודמות. בוש הסביר כי עלות יישום האמנה עלולה לגרום לנזקים לכלכלה האמריקנית, ולפגוע במשק, בתעשייה וביצור. בעקבות סירובה של ארה"ב לשתף פעולה, החלו מדינות נוספות להתעמת עם האו"ם, האחראי להסכם, בדבר יישומו.

הממשל האמריקני מכיר, מצד אחד, בחשיבותם של מקורות אנרגיה חלופיים, אך בפועל עיקר ההשקעה בתחום מגיע דווקא מהאיחוד האירופי - המודע ופתוח יותר לענייני הסביבה. יש המסבירים את עמדת ארצות-הברית בכלל ועמדתו של הנשיא בוש, בפרט, נגד הדלקים הנקיים, בכך שמשפחתו של בוש ומקורביו אוחזים במניות רבות של חברות נפט ואנרגיה ועיקר הונו הפוליטי מגיע מתמיכתם של אנשי תעשיית הדלק הפחמימני.

ההתקדמות הטכנולוגית מצד אחד, והזיהום הסביבתי, מנגד, יקדמו את החיפושים אחר חלופות נקיות וידידותיות לסביבה. התנודות במחירי הנפט, והדרישה הצרכנית הגוברת לאנרגיה, עשויים להביא את המשק העולמי לראשונה למצב שבו שימוש במקורות אנרגיה חלופיים וידידותיים לסביבה יהיה כדאי גם מבחינה כלכלית.

הפיתוח של מכון ויצמן הוא צעד נוסף בהתקדמות לקראת ייצור המוני של דלקים בלתי-מזהמים, ושינוי אופי מקורות האנרגיה המשמשים אותנו כבר מראשית ימי המהפיכה התעשייתית. שאלת היישום, או אי-היישום, של השיטה ושיטות אחרות להפקת דלקים נקיים, נשענת בעיקר על החלטה פוליטית וכלכלית.