מהפכת המימן הירוק מגיעה מישראל: כך הופכים חוקרי הטכניון דלק נקי למשתלם

המימן מלווה אותנו כבר שנים ככוכב העולה של המעבר לאנרגיה נקייה, שכן בעת השימוש בו נפלטים בעיקר אדי מים ולא פחמן דו חמצני. אלא שהחלום הזה נתקל שוב ושוב בקיר אחד ועקשן, המחיר הגבוה של הייצור, שמונע ממנו להתחרות בדלקים המזהמים.

בישראל, שורה של קבוצות מחקר בטכניון מנסות לשבור בדיוק את הקיר הזה. במקום להסתפק בהבטחות יפות, הן ניגשות אל הבעיה מזווית כלכלית וכימית, ומנסות להפוך את המימן הירוק ממותרות יקרות לפתרון שאפשר באמת להצדיק מבחינה עסקית. כל הנתונים כאן לקוחים מפרסומים גלויים.

למה המימן הירוק כל כך יקר

כדי להבין את הבשורה צריך קודם להבין את הבעיה. מימן ירוק מיוצר בתהליך שנקרא אלקטרוליזה, שבו זרם חשמלי מפצל מים למימן ולחמצן. הבעיה היא שהחמצן שנוצר בצד השני הוא תוצר לוואי זול, שלרוב פשוט משוחרר לאוויר ואינו מכסה כלל את עלות התהליך היקר.

פריצת דרך ראשונה: מימן וגם כימיקלים יקרים

כאן נכנסת לתמונה פיתוח חדש מהטכניון, מערכת נטולת ממברנה שמייצרת בו זמנית מימן וגם קבוצת חומרים כימיים בשם אפוקסידים. במקום להסתפק בחמצן חסר הערך, התהליך יוצר בצד האנודה מוצר מבוקש בתעשייה, ובכך משנה לחלוטין את ההיגיון הכלכלי של כל התהליך.

הנתונים שפורסמו מרשימים למדי. יעילות ייצור המימן מגיעה לכ 98 אחוזים, בעוד יעילות ייצור האפוקסידים עומדת על כ 95 אחוזים, וזאת בצפיפות זרם של 100 מיליאמפר לסנטימטר רבוע. החוקרים אף בדקו את המערכת בעומסים גבוהים יותר, עד 500 מיליאמפר לסנטימטר רבוע.

מ 2.4 דולר ל 18.5 דולר

ההבדל הכלכלי הוא הסיפור האמיתי. לפי ההערכות שפורסמו, הערך הכולל של התוצרים בשיטה החדשה מגיע לכ 18.5 דולר עבור כל קילוגרם מימן, לעומת כ 2.4 דולר בלבד בתהליך אלקטרוליזה מקובל. זהו פער עצום שעשוי להכריע לבדו האם מפעל שלם משתלם או לא.

איך זה עובד בפועל

מאחורי המספרים עומדת כימיה אלגנטית. חומר מתווך על בסיס ברומיד עובר חמצון לברום בצד האנודה, והברום מגיב עם חומר גלם אורגני ויוצר את האפוקסידים המבוקשים. במקביל, בצד הקתודה, מופק המימן מן המים, והברומיד משוחזר וחוזר לשמש שוב ושוב במחזור סגור וחסכוני.

פריצת דרך שנייה: תא דלק בלי פלטינה

בזירה אחרת של אותו מרוץ, קבוצה נוספת בטכניון בראשות פרופסור דריו דקל מהפקולטה להנדסה כימית פיתחה גישה חדשה לתאי דלק מסוג ממברנת חילופי אניונים. תאים אלה יכולים להשתמש בחומרים זולים ונפוצים יותר, ובכך להימנע מן הפלטינה היקרה שנדרשת בטכנולוגיות המקובלות היום.

הפתעה גדולה במחקר הזה נגעה דווקא לפחמן הדו חמצני. במקום להתייחס אליו רק כמטרד שיש לסלק, החוקרים גילו שבתנאים מסוימים הוא עשוי לתרום ליציבות ארוכת הטווח של רכיבי התא, וכך לאפשר הפעלה עם אוויר סביבתי רגיל וללא ייקור מיותר של המערכת כולה.

מי עומד מאחורי המחקר

לצד פרופסור דקל שותפים במחקר גם דוקטור כרם יאסין ודוקטור ספיר וילדורף כהן מן הטכניון, וכן פרופסור מייקל גיבר מאוניברסיטת טיאנג'ין שבסין. העבודה פורסמה בכתב העת המדעי היוקרתי נייצ'ר אנרג'י, ונתמכה בין השאר על ידי הקרן הלאומית למדע בישראל ותוכניות אנרגיה נוספות.

למה זה חשוב לישראל

לישראל יש עניין מיוחד בסיפור הזה. מדינה עם משאבי דלק מאובנים מוגבלים אך עם שפע של שמש ושל מוחות הנדסיים רואה באנרגיה נקייה ומקומית לא רק יעד סביבתי אלא גם עצמאות אסטרטגית. פיתוחים שמוזילים את ייצור המימן הופכים את החזון הזה למעשי הרבה יותר.

צריך גם זהירות

עם כל ההתלהבות, חשוב לשמור על פרופורציות. רוב התוצאות עדיין נמדדות במעבדה ובקנה מידה קטן, והדרך אל מפעל מסחרי מלא עשויה להיות ארוכה ורצופה אתגרים הנדסיים וכלכליים. הצלחה במבחנה אינה מבטיחה בהכרח הצלחה בשוק תחרותי וגלובלי.

ובכל זאת, משהו בתמונה הכללית מרגיש כמו נקודת מפנה. כשמדענים מצליחים להפוך את המימן הירוק לא רק לנקי אלא גם למשתלם כלכלית, החלום הישן מתחיל להישמע כמו תוכנית עבודה. ומעניין לראות שדווקא מן הכימיה השקטה של המעבדות בישראל מגיע חלק גדול מן הבשורה.