לנסוע על המים - מגזין TheMarker - TheMarker
תיק מניות

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

לרשימת הקריאה המלאה לחצו כאן
מדע וחדשנות

לנסוע על המים

מכוניות מימן אינן פולטות דבר מלבד אדי מים, אך ללא תשתית רחבה של תחנות תדלוק, אין הרבה היגיון ברכישת מכונית כזו. צוות חוקרים מהטכניון מציע פתרון שעשוי לפתוח את הדרך לעתיד ירוק

תגובות

הלך הרוח הרווח כיום בתעשיית הרכב הוא שעתיד התחבורה האישית נמצא במכוניות המונעות בחשמל, ומצוידות בסוללות נטענות. מכוניות חשמליות בטכנולוגיה כזו אינן באמת "ירוקות", הגם שהן משווקות ככאלה, כיוון שהן צורכות חשמל שמיוצר בתחנות כוח המופעלות באמצעות דלקי מאובנים מזהמים. בראיון ל"אטלנטיק", משקיע ההון סיכון וינוד קושלה הגדיר זאת כך: "מכוניות חשמליות מונעות למעשה בפחם".

אבל בידי התעשייה יש גם אלטרנטיבה נקייה באמת למכוניות הבנזין המזהמות: מימן. כלי רכב המונעים במימן לא פולטים פחמן דו־חמצני כלל, ותוצר הלוואי היחיד שלהם הוא אדי מים. גם טווח הנסיעה שלהם ארוך יותר מזה של מכוניות חשמליות נטענות, ובעוד למכונית חשמלית ממוצעת דרושות כמה שעות כדי להגיע לטעינה מלאה, את מכוניות המימן אפשר לתדלק במהירות בדומה למכוניות רגילות. אם כך, למה אנחנו לא נוסעים במכוניות מימן? יש שני חסמים עיקריים שמונעים פריצה רחבה של הטכנולוגיה הזאת. האחד הוא שיטת הייצור: כיום רוב המימן בעולם מופק מגז טבעי בתהליך שפולט פחמן דו־חמצני. טכניקה חלופית לייצור מימן ממים, באמצעות אלקטרוליזה – פירוק של מולקולות מים באמצעות זרם חשמלי – לא צורכת גז טבעי באופן ישיר אבל כן צורכת חשמל. איך שלא נהפוך את זה, ייצור מימן בשיטות האלה לא עוזר לצמצם פליטות פחמן לאטמוספירה. לשם כך חייבים להשתמש בחשמל מאנרגיות מתחדשות כגון אנרגיה סולארית ורוח.

מדע 200 אילוסטרציה: מכוניות מימן

החסם השני הוא התשתית. את המכוניות החשמליות ניתן לחבר לרשת החשמל הקיימת; עבור המימן יש להקים תחנות תדלוק או לשלב מערכות לתדלוק במימן בתחנות דלק קיימות, ואז להוביל מימן אל התחנות – אופרציה מורכבת ויקרה. כיום פועלות בארצות הברית רק 34 תחנות לתדלוק במימן, רובן בקליפורניה, ועל הכבישים יש מספר זעום של מכוניות מימן. חברות האנרגיה לא ישקיעו בבניית תחנות נוספות כל עוד אין מספיק מכוניות מימן על הכביש, ואילו הנהגים לא ירכשו את מכוניות מימן כשאין היכן לתדלק אותן – וכך טכנולוגיית המימן תקועה במין מלכוד 22, בזמן שהמכוניות החשמליות מותירות לה אבק.

פתרון אפשרי לבעיית הביצה־והתרנגולת הזו, שיאפשר לייצר מימן זול ונקי מאנרגיות מתחדשות, מתאר צוות חוקרים מהטכניון בהובלתם של פרופ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים ופרופ גדעון גרדר, דקאן הפקולטה להנדסה כימית. המחקר בוצע על ידי אביגיל לנדמן, דוקטורנטית בתוכנית האנרגיה עש גרנד בטכניון, דר חן דותן מהמעבדה לחומרים ולהתקנים אלקטרוכימיים, ודר גנדי שטר מהפקולטה להנדסה כימית.

במחקר, שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Materials, מתארים החוקרים מערכת שתאפשר לייצר מימן ממים בתהליך נקי לגמרי. החדשנות במחקר היא בפיצול התהליך לשני מוקדים שפועלים במקביל: חוות סולאריות שמייצרות חמצן ותחנות התדלוק שמייצרות מימן. "המטרה שלנו היא לפתח מערכת במעגל סגור שמתחיל במים ונגמר במים, ללא השפעה על הרכב האטמוספירה של כדור הארץ", אומר רוטשילד. "הדרך שאנחנו מציעים מבוססת על פוטו־אלקטרוליזה, והחידוש בה הוא שהתהליך מתרחש למעשה בשני תאים שמנותקים זה מזה, ושאין קשר ביניהם דרך התמיסה".

איך זה פותר את הבעיות של תהליך הייצור הקיים?

ניצן זוהר / דוברות

לנדמן: "בדרך כלל אלקטרוליזה נעשית בתא יחיד, והמימן והחמצן מופרדים זה מזה על ידי ממברנה. בתא נמצאות שתי אלקטרודות – חתיכות מתכת שמחוברות למקור הספק – בתוך מים. כאשר מפעילים מתח גבוה מספיק בין שתי האלקטרודות, המים מתחילים להתפרק למימן וחמצן. תהליך זה יכול להתרחש בתוך תא אלקטרו־סולארי, שבו המקור למתח החשמלי הוא אנרגיית השמש, וזה מאפשר תהליך נקי ויעיל מאוד, אבל המשמעות היא גם שהוא צריך להתרחש בשדה סולארי, וזה קושי נוסף: נדרש לשם כך שטח גדול, וצריך לאסוף את המימן מהשטח באמצעות תשתית צנרת מורכבת. מדובר בכמה מיליוני תאים, כאשר יש להוליך את המימן מכל תא ותא למיכלי אגירה, ואחר כך להעביר אותו מאזור השדה להיכן שהוא נדרש. זה בלתי ישים ומסוכן. בפיתוח שלנו אנחנו מייצרים רק את החמצן בשדה הסולארי – כך שהחמצן יכול פשוט להשתחרר לאטמוספירה – ואת המימן מייצרים באתר אחר, קטן וקומפקטי, כמו תחנת דלק".

איך פירוק המים מתרחש בו זמנית בשני מקומות שונים?

"בין שני המכלים יש חיבור חשמלי. אנחנו מוסיפים לכל מכל אלקטרודה נוספת, המכונה אלקטרודת עזר, ושתי האלקטרודות האלה מחוברות זו לזו. התהליך שמתרחש בשני המכלים הוא זהה לזה שקורה בתא אחד באלקטרוליזה רגילה. בתא ייצור המימן, שבמערכת אמיתית יהיה בתחנת הדלק, נוצרים מימן ויונים, שעוברים דרך התמיסה לאלקטרודת העזר וטוענים אותה; בתא ייצור החמצן, שיימצא בשדה הסולארי, היונים עוברים מאלקטרודת העזר לתמיסה, כך שהיא נפרקת, ונוצר חמצן שאותו אפשר פשוט לשחרר לאטמוספירה".

רוטשילד: "מה שעובר מתא אחד לתא שני הוא האלקטרודות עצמן. כשאחת נטענת ואחת נפרקת, צריך להחליף ביניהן. יצטרכו לעשות את זה גם בתחנות הדלק. במקום להוביל בצנרת גז מימן, תהליך שהוא בעייתי ומסוכן, ניתן יהיה להוביל אלקטרודות בין השדה לתחנת הדלק, וזה יהיה הרבה יותר קל, זול ובטוח".

ניצן זוהר / דוברות

לנדמן: "ככה אנחנו פותרים שתי בעיות: אחת היא ייצור המימן שנוצר בצמידות לחמצן, מה שעלול להיות מסוכן, ואצלנו מתרחש בשני אתרים נפרדים. והשנייה היא שבמקום צנרת או משאיות שמובילות מימן יהיו משאיות או מסוע שיוביל אלקטרודות".

עד כמה הטכנולוגיה שאתם מתארים במאמר קרובה ליישום מעשי?

דותן: "אנחנו עדיין לא מדברים על הדגמה בקנה מידה גדול, אבל בונים מדגים קטן שיוצב בטכניון, וימחיש את היכולות של הטכנולוגיה הזאת. נכון להיום התחום הזה סובל עדיין מבעיות טכנולוגיות נוספות, ויש צורך לפתח חומרים חדשים או לשפר חומרים קיימים כדי שניתן יהיה לבצע את התהליך הזה בצורה זולה ויעילה יותר ממה שמתאפשר כיום. בנוסף, אנו עובדים כיום על שיטת אלקטרוליזה חדשה אשר מפרידה את יצור המימן והחמצן לשני זמנים שונים,במקום להפריד לשני מקומות שונים. שיטה זו מאפשרת לנו ליצר את המימן בלחץ גבוה וביעילות חסרת תקדים. וכך להוזיל משמעותית את עלויות היצור של המימן מאנרגיה מתחדשת. הטכנולוגיה הזו בשלה יותר ומתאימה לפיתוח קדם־תעשייתי".

האם התחרות בין המכונית החשמלית המונעת בסוללה לבין המימן לא הוכרעה כבר, לטובת הראשונה?

דותן: "לא בטוח. כל החברות הגדולות מקדמות כיום את שתי הטכנולוגיות במקביל. היצרניות המובילות בתחום הנעת המימן הן האסיאתיות – טויוטה, הונדה ויונדאי – אך גם היצרניות האירופיות עוסקות בכך. חסם התשתית הוא משמעותי, כאמור, וגם המכוניות עצמן יקרות יותר מהמכוניות הרגילות, אך זו שאלה של כמויות ייצור. טכנולוגיית המימן שהוצגה לראשונה בעשור הקודם, במכוניות קונספט, היתה מורכבת מאוד אבל היא הולכת ונעשית פשוטה יותר בעקבות מזעור והפשטה של המכלולים. כיום כל החברות שעובדות בתחום בונות את מכלולי המימן בצורה דומה לזו של מנוע בעירה פנימית רגיל, כך שבקלות ניתן יהיה ליישם את זה בדגמים חדשים. הרעיון הוא שזה לא יהיה איזה רכב ייחודי, אלא שהלקוח יוכל לבחור בהתאם לאזור מגוריו ואמונותיו לגבי החשיבות הסביבתית במה הוא מעדיף לנהוג".

גרדר: "הטכנולוגיה שתיאר חן הוצגה לאחרונה בפני אחת מחברות הנפט הגדולות בעולם, שהביעה עניין רב בנושא. לאור החדשנות והפוטנציאל של הטכנולוגיה שלנו, החברה בוחנת כעת אפשרות למימון הפרויקט בקנה מידה גדול, על מנת לבדוק לעומק את האפשרות להביאו לשוק ייצור המימן. אחד האינטרסים של חברות הנפט הוא להביא את המימן לתחנות הדלק, והטכנולוגיה שלנו תיבחן כאחת הדרכים לעשות את זה. המילה האחרונה במערכה הזו עוד לא נאמרה". 



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות

כתבות ראשיות באתר

כתבות שאולי פיספסתם