המוציא דלק מן המים
שיטה חדשנית להפקת מימן ממים עשויה לחולל מהפכה ירוקה בתחום האנרגיה
"הו, האנושות!" התייפח כתב הרדיו האמריקני הרברט מוריסון כאשר ההינדנבורג, ספינת האוויר הגדולה ביותר שנבנתה אי פעם, עלתה באש והתרסקה ב-6 במאי 1937, באסון שגרם למותם של 36 בני אדם. ספינת האוויר הייתה מלאה בכמות גדולה של מימן, גז דליק מאוד ונפיץ, שגרם לה להתלקח ולהישרף לחלוטין בתוך פחות מדקה.
עוד כתבות ב"זווית - סוכנות ידיעות למדע ולסביבה "
עם זאת, לדליקות הגבוהה של המימן יש גם צד חיובי, והיא הופכת אותו לדלק יעיל במיוחד. מעבר לכך, המימן הוא גם דלק ידידותי לסביבה, עובדה שעודדה מחקר רב אודותיו בעשרות השנים האחרונות. במחקר חדש, שפורסם לאחרונה על ידי צמד חוקרים מבריטניה בכתב העת Scientific Reports, מוצגת התקדמות חשובה בתחום, שעשויה לאפשר ייצור של מימן בעזרת אנרגיית השמש, באופן זול, יעיל וירוק.
החוקרים פיתחו שיטה חדשנית להפקת מימן ממים. בשיטה זו, מולקולת המים (H2O) מפורקת ליסודות שמהם היא מורכבת: שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד. לשם כך, משתמשים החוקרים בפוטו-אלקטרודה: רכיב שסופג אור מהשמש, ומשתמש באנרגיה הסולארית על מנת להפריד את המימן מן החמצן. הפוטו-אלקטרודה מורכבת מננו-חלקיקים של היסוד המתכתי לנתן (Lanthanum), בשילוב עם ברזל ועם חמצן.
דלק יעיל וידידותי
שריפת מימן גורמת לו להגיב עם חמצן, ובתגובה זו משתחררת אנרגיה, שאותה ניתן לרתום למטרות כמו הנעת רכבים, שימושים ביתיים ואף תפעול תחנות כוח. מימן הוא דלק יעיל מאוד, אף יותר מנפט ומפחם, משם שטמונה בו אנרגיה רבה ביחס לנפחו. המימן גם נחשב לדלק ידידותי לסביבה, משום שתוצר הלוואי היחיד של שריפתו היא מים, שנוצרים כשהמימן מתרכב עם חמצן, זאת בניגוד לדלקי המאובנים המזהמים, ששריפתם גורמת לשחרור פחמן דו-חמצני לאטמוספירה וכך להחמרת אפקט החממה וכן לשחרור מזהמים רבים נוספים כגון פחמן חד חמצני ותחמוצות חנקן המסוכנים לבריאות.
שימוש במימן כדלק לכלי רכב עשוי גם לתרום להפחתת זיהום האוויר הקשה שנגרם כתוצאה מתחבורה, שהיא כיום הגורם העיקרי לזיהום אוויר במדינת ישראל.
לדלק מימני יש גם יתרונות מסוימים על מקורות אנרגיה מתחדשים שבשימוש כיום, כמו חוסר התלות במזג האוויר, ובעיקר הקלות היחסית לאגור ולשנע את המימן ממקום למקום, תהליך שהוא מורכב יותר במקורות אנרגיה ירוקים אחרים, כמו אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח.
כבר כיום נעשה שימוש במימן כדלק, בין השאר על מנת להניע טילים. עם זאת, הפקת המימן היא כיום עניין מורכב מאוד. מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום, אך בכדור הארץ הוא קיים כמעט אך ורק כחלק מתרכובות עם יסודות אחרים. המימן מגיב בעיקר עם החמצן הרב שבכדור הארץ, כך שרובו המכריע של המימן שבכוכב הלכת שלנו מצוי במולקולות המים, ולכן נעשים ניסיונות להפיק את המימן ממולקולות אלו.
על אף המחקר הרב שמתבצע בנושא, לא קיים כיום פתרון מעשי להפקת מימן בצורה נרחבת. חלק מהפתרונות הקיימים עושים שימוש בחומרים יקרים, כמו מתכות נדירות, מה שמייקר מאוד את התהליך. אחרים כוללים שימוש בחשמל רב או אף בדלקי מאובנים על מנת לספק את האנרגיה הרבה שנדרשת להפקת המימן מן המים, מה שגורם לתהליך להיות יקר, בלתי יעיל וכמובן שמזיק לסביבה.
מובן שהשמש, שמספקת לכדור הארץ בשעה יותר אנרגיה מכפי שכל אוכלוסיית כדור הארץ צורכת בשנה שלמה, עשויה להיות מקור אנרגיה יעיל וזול לתהליך הפקת המימן.
מתכות לא אקזוטיות
"החידוש במחקר הוא השימוש בתרכובת זולה, מה שמאפשר יישום פשוט יחסית", אומר ד"ר דניאל מדר, חוקר ויועץ מדעי, ממייסדי חברת SP Interface. "המתכות שמרכיבות את הפוטו-אלקטרודה אינן אקזוטיות: הלנתן נדיר פחות ממתכות אחרות שנעשה בהן שימוש, והברזל והחמצן מאוד נפוצים, כמובן".
על פי מדר, יתרון נוסף הוא שהמתכות נמצאות בשכבה החיצונית ביותר של הפוטו-אלקטרודה בלבד - השכבה שבאה במגע עם האור. "כך יש שימוש בכמויות קטנות יחסית של חומר, מה שמוזיל את השיטה עוד יותר", אומר מדר.
בנוסף, הפיתוח החדש יציב בהשוואה לפיתוחים אחרים שנחקרים כיום, שחלקם אף מתפרקים תוך כדי השימוש בהם. "נראה שהפוטו-אלקטרודה לא עוברת שינוי תוך כדי התהליך - כלומר, אפשר להשתמש בה שוב, מה שמוזיל את השימוש בטכנולוגיה ומצמצם השלכות סביבתיות", אומר מדר.
יתרון נוסף של הטכנולוגיה הוא שניתן להשתמש בה על מנת להפיק מימן ממים שמכילים מלחים, כלומר מים שאינם מותפלים. "בכדור הארץ יש מים בלי סוף, אז עצם זה שאפשר להשתמש במים מבלי להתפיל אותם קודם מקל ומוזיל את השימוש בטכנולוגיה זו", אומר מדר.
בזכות היתרונות אלו, החוקרים מאמינים שניתן יהיה לייצר בעתיד את הפוטו-אלקטרודה בכמויות גדולות ולהשתמש בה בקנה מידה נרחב. עם זאת, כיום הפיתוח החדש נמצא עדיין בשלבים ראשוניים, ועל החוקרים להתמודד עם כמה קשיים לפני שנוכל למלא מימן במיכל הדלק של הרכב שלנו. "קצב ייצור המימן בשיטה זו לא גבוה, והוא גם יורד עם הזמן", אומר מדר. לטענת החוקרים, ירידה זו אינה נגרמת מפגיעה בפוטו-אלקטרודה עצמה, שכאמור ניתן לעשות בה לדבריהם שימוש חוזר. "יש עוד עבודה, אבל זו התפתחות יפה בתחום", מסכם מדר.
הכתבה הוכנה על ידי "זווית - סוכנות ידיעות למדע ולסביבה ".
לפנייה לכתב/ת 
