שתפו‬        

טל גולדרט

חלודה חשמלית

במעבדה קטנה בצריף צדדי בטכניון מנסה קבוצה בין-תחומית של חוקרים לפתח את הדלק של העתיד ולחולל מהפכה בתחום האנרגיה. בדיקת מעבדה: כתבה שנייה בסדרה  
25 בנובמבר 2015



 

בצריף צנוע ונסתר למדי בטכניון, שמסתתר מאחורי בנייני מעבדות גבוהי קומה, דולקים אורות שמדמים אור שמש בכל שעות היממה. כאן, סטודנטים מכמה פקולטות, פרופסורים מוכרים ומנוסים ומנהלת מעבדה אחת נמצאים במרוץ מתמיד אחר פריצת הדרך הגדולה הבאה, שתאפשר לייצר את דלק העתיד, המימן, בצורה היעילה והנקייה ביותר. המחקרים שלהם יכולים להיות נקודת הפתיחה למהפכה אנרגטית גדולה.

מעבדת המימן הטכניון. תצלום באדיבות צוות המעבדה
מעבדת המימן הטכניון. תצלום באדיבות צוות המעבדה

על פי דו"חות עדכניים של סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) הדרישה העולמית הממוצעת לצריכת חשמל צפויה לעלות בקרוב ל-30 אחוז עד שנת 2030. על מנת לעמוד בצריכה זו, יצטרכו יצרני החשמל ברחבי העולם לחפש מקורות חדשים ונקיים לאנרגיה. בין הטכנולוגיות המוכרות והקיימות כבר היום, כגון הפקת אנרגיה מהשמש, הרוח, מים או חום גיאותרמי, מסתמן החשמל המופק ממימן כמועמד מוביל לתפקיד מקור האנרגיה החלופית הטוב ביותר.

המימן הוא אולי היסוד הנפוץ ביותר בטבע, והשימוש בו יכול להוביל לעצמאות אנרגטית ולביטחון אנרגטי לכל מדינה שתשכיל לבסס עליו את משק האנרגיה שלה. המימן עשוי לשמש בתאי דלק לייצור חשמל; בבעירה ישירה על מנת לייצר חום; ובאופן ישיר להנעת כל רכב. בניגוד לדלקים אחרים, שריפה של מימן פולטת אדי מים בלבד, ואינה גורמת לזיהום אוויר או תוצרי לוואי בלתי רצויים. יחד עם זאת, המימן הוא מולקולה דליקה והגז עצמו קשה להנזלה ולכן גם מסובך יחסית לאחסון ולשינוע.

האתגרים המדעיים המרכזיים מתרכזים במציאת תרכובת יציבה ובטוחה לשינוע ואחסון, ובמקביל, פיתוח טכנולוגיות יעילות להפקת מימן ישירות ממים, בתהליך שדורש השקעת אנרגיה מינימלית ושמאפשר הפקה של מימן בעלויות נמוכות, בצורה נקיה וסביבתית וביעילות גבוהה ככל שניתן. פיתוחים בתחומים אלה עשויים לפתור גם את סוגיית האחסון והשינוע, באמצעות פיתוח תהליכים של ייצור מקומי על פי דרישה. האתגר הזה, שהוא אולי האתגר המרכזי בפיתוח האנרגיה של העתיד, מדיר שינה מעיניהם של חוקרים רבים בעולם, ובטכניון במיוחד.

במעבדת המחקר לטכנולוגיות מימן בטכניון, שהוקמה לפני כשנה וחצי על ידי תכנית האנרגיה על שם גרנד, I-Core וקרן אלדיס, מתבצעים בימים אלה כמה מחקרים שהמשותף להם הוא החיפוש אחר הטכנולוגיה האופטימלית לייצור מימן. חוקרי המעבדה, שמגיעים ממגוון פקולטות בטכניון, משתמשים בשירותי המעבדה על מנת להניח היום את הבסיס המדעי לטכנולוגית האנרגיה הנקייה של העתיד. מניותיהן חברות עולמיות העוסקות  בפיתוח ויישום של טכנולוגיות מימן לאנרגיה ולתחבורה הראו בשלוש השנים האחרונות עליה משמעותית, המלמדת על התחום המתפתח ועל הפונטנציאל הכלכלי הטמון בו.

"במעבדת המימן אנו עובדים בימים אלה על כמה מחקרים שקשורים לתהליכים שעשויים להיות תהליכי ייצור האנרגיה של העתיד", אומרת ד"ר נורית שחם-ולדמן, מנהלת המעבדה. "האתגר של ייצור אנרגיה ירוקה, עם מינימום השפעות סביבתיות וממקורות טבעיים הוא שמניע את מיטב החוקרים, שמגיעים למחקר הזה ממגוון תחומים מדעיים, ומשתפים פעולה במעבדת המימן".

תצלום: מיקי קורן, באדיבות יח"צ טכניון
אלקטרודות חלודה בפעולה. תצלום: מיקי קורן, באדיבות יח"צ טכניון

תחנות כוח מיקרוסקופיות

אחת הגישות שמפותחות בימים אלה במעבדה היא ייצור מימן באמצעות חיידקי ציאנו-בקטריה. בשיטה זו, מתקבל מימן ממקור מתחדש, בייצור נקי שנשען על אנרגיית השמש. גדיאל סאפר, סטודנט לדוקטורט בהנחייתם של פרופ' נעם אדיר מהפקולטה לכימיה, פרופ' גדי שוסטר מהפקולטה לביולוגיה ופרופ' אבנר רוטשילד מהפקולטה להנדסת חומרים בטכניון, חוקר את הפוטנציאל שטמון בתאי החיידקים לייצור זרם חשמלי ולפירוק מים לחמצן ומימן. החיידקים, שגודלו במעבדה בדיוק למטרה זו, מהווים למעשה את תחנת הכוח של העתיד.

החיידקים נדחסים דרך צינור בלחץ גבוה, מתחככים זה בזה וגם בדפנות הצינור, ולמעשה נמעכים. פעולה זו מכינה את החיידקים לתפקידם החשוב הבא – שימוש בתכונותיהם המקוריות ויכולתם לפרק מים לחמצן ומימנים. בתוך מבחנה מונחת שכבה דקה של חיידקים מיקרוסקופיים על אלקטרודת גרפיט, ובאמצעות הפעלת גירוי חשמלי חיצוני ראשוני ותוספת מתמשכת של אנרגיה מתחדשת, שמקורה באור השמש, מממשים החיידקים את ייעודם – יצירה של מולקולת מימן H2, מהמימן שהשתחרר ומהאלקטרונים שנאספים בתהליך. מימן זה, מאמין צוות החוקרים במעבדה, עשוי להיות דלק העתיד.

האתגרים המרכזיים בטכנולוגיה זו טמונים נכון לעכשיו ביעילות הביולוגית של המערכת. בשלב זה של המחקר עדיין יש למערכת אורך חיים קצר יחסית – יש צורך לרענן את אוכלוסיית החיידקים כל כמה שעות. "הניסוי במעבדה מראה שהתהליך אפשרי, אבל כאשר יש צורך להחליף אוכלוסיית חיידקים כל כמה שעות – התהליך אינו פרקטי מבחינה טכנולוגית", אומר סאפר, ששומר על אופטימיות: "אני חוקר את התחום כבר שנתיים וחצי ואני מאמין שהמחקר המדעי הבסיסי שאנחנו מבצעים היום מניח את היסודות למחקר יישומי וכלכלי בעתיד".

פעמיים אנרגיה

במחקר אחר שנערך במעבדה בוחן ד"ר חן דותן יחד עם צוות חוקרים ממעבדתו של פרופ' רוטשילד תהליכי ייצור מימן באמצעות שכבה דקיקה של תחמוצת ברזל (חלודה). החלודה מוצמדת לתא פוטו וולטאי, המייצר חשמל בחשיפה לאור שמש. "השילוב הזה מאפשר לנו לייצר אנרגיה פעמיים", מסביר דותן. "התא הפוטו וולטאי מייצר זרם חשמלי. הוא מוטבל במים יחד עם החלודה, והחלודה מייצרת מאותו אור שמש מולקולות של מימן. המימן יכול להיאגר ולשמש לייצור חשמל בשעה שאין אור שמש לייצור זרם ישיר, או לשמש כדלק לכלי רכב, בטכנולוגיה שקיימת כבר היום". דותן הגיע לחקור את הנושא במסגרת תואר שני, המשיך לתואר שלישי ונשאר במעבדה. "אני מאמין שהטכנולוגיה קרובה לרמה מספקת על מנת להקים פרויקט פיילוט ולבחון את היישום שלה בשטח, כפתרון אנרגטי מקומי, שמסוגל לספק גם חשמל וגם מימן מאותו המשאב – השמש", הוא אומר.

בסרטון הבא מסבירים פרופ' רוטשילד וד"ר דותן על חשיבות הטכנולוגיה ומידת חדשנותה, ומספקים הצצה לתוך המעבדה, בה מתרחשת, במבחנות הזכוכית, מהפכת האנרגיה הבאה.

[youtube height="HEIGHT" width="WIDTH"]https://www.youtube.com/watch?v=xUmucXoOnSA[/youtube]

 




שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

עקבו אחרי זווית