שמור לי ואשרוף לך

 

אחד המכשולים שיש להתגבר עליהם בדרך לשימוש נרחב במקורות אנרגיה מתחדשים, כמו אור השמש או רוח, הואהעובדה שאלה לא בהכרח מספקים את האנרגיה בזמן ובמקום שבהם היא נחוצה. קרינת שמש ורוח העומדות לרשותנו יכולות להפעיל את כל המכונות, המזגניםוהמחשבים בעולם - אך אספקת אנרגיה ממקורות אלה בהתאם לדרישה ולצרכים עדיין אינה מעשית, ואינה כדאית.

 

האם יש דרך לשמור את אנרגיית השמש ליום גשום? הפחם, למשל, הוא מקור לאנרגיה אצורה: אפשר לשרוף אותו בכל זמן שרוצים ולייצר קיטור, ומהקיטור להפיק חשמל. לעומת זאת, התאים הסולאריים ותחנות הרוח ממירים את אור השמש ואת הרוח ישירות לחשמל. תהליך זה אמנם שימושי להפעלת מכשירים ביתיים, אבל אי-אפשר לאגור ולנייד אותו.פתרונות רבים הוצעו לבעיה, אך מרביתם(כמו סוללות ענק, או הפיתרון המקובל ביותר - שאיבת כמויות גדולות של מים) הםמוגבלים, יקרים, או מסורבלים. אפשרות מבטיחה שבוחנים מדענים רבים היא המרת האנרגיה שנאספת מהשמש או מהרוח לסוג אנרגיה אחר, שאותו אפשר לאחסן, להוביל ולשרוף בזמן ובמקום הרצויים. בשנות ה-80 וה-90 של המאה ה-20 החלו מדעני מכון ויצמן למדע לחקור דרכים לשמירת אנרגיית שמש בתוך קשרים כימיים עתירי אנרגיה, תוך שהם משתמשים בקרני אור מרוכזות שנוצרו במגדל השמש במכון - שיטה המכונה צינור חום תרמו-כימי.

 

באחרונה פיתח פרופ' איגור לובומירסקי, מהמחלקה לחומרים ופני שטח שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, חלופה ייחודית להמרת אנרגיית שמש לדלק. השיטה החדשה זולה יחסית, יעילה מאוד, ואינה מייצרת פסולת מסוכנת לסביבה. במקום לנצל פחם (שנוצר במשך מיליוני שנה ושריפתו גורמת לפליטת מזהמים), בשיטה החדשה של פרופ' לובומירסקי נוצר גז פחמן חד-חמצני(CO) - שאינו גורם לתהליכי איכול (קורוזיה), ואפשר לשרוף אותו ישירות בטורבינות אובגנרטורים - או להפוך אותו לדלק נוזלי. על אף העובדה שריכוזים גבוהים של הגזהזה רעילים, הפחמן החד-חמצני מצויבשימוש זה יותר מ-100 שנים כתוצר ביניים כימי; עשרות מיליוני טונות של הגז מיוצרים מדי שנה מפחם או מעץ, בתהליך תעשייתי מוכר היטב.

 

בשיטה שמציע פרופ' לובומירסקי מייצרים פחמן חד-חמצני מפחמן דו-חמצני(CO2) - במקום מעץ או מפחם - בתהליך כימי פשוט, יחסית, באמצעות מערכת הדומה לסוללה גדולה וחמה. בתוך תא מיוחד, מחומם חומר כימי (טיטניום) לחום של 900 מעלות צלזיוס, וזרם חשמל מוזרם דרכו. בתנאים אלה,הפחמן הדו-חמצני המוחדר באופן רציף לתא מתפרק לפחמן חד-חמצני ולחמצן.

 

"יתכן שאפשר יהיה לייצר פחמן חד-חמצני בצמוד לארובות של תחנות כוח,או כל מקור אחר לפחמן דו-חמצני מזהם" אומר פרופ' לובומירסקי, "כך שגזי החממה הנפלטים מהארובה יסולקו ויעברו מיחזור עוד לפני כניסתם לאטמוספירה. המתכת שבה אנו משתמשים היא טיטניום, חומר סטנדרטי, זול, ונגיש פי כמה מהמתכות היקרות, דוגמת פלטינה, בהן משתמשים בהתקנים דומים אחרים". יתרונות נוספים לשיטה החדשה כוללים יעילות תרמית של יותר מ-85% (לא כולל האנרגיה הדרושה לחימום המערכת( יעילות גבוהה הרבה יותר משל מערכות אחרות להמרת אנרגיה, והקלות בה אפשר להוביל את הגז ולשרוף אותו. פרופ' לובומירסקי: "בעתיד, ייתכן שישתמשו בשיטה הזאת כדי לקלוט אנרגיית שמש או רוחבמקומות בהם הם מצויים בשפע, להמיר אותה לפחמן חד-חמצני שיאוחסן או יומר לדלק נוזלי כמו מתנול. המחקר הזה הוא כולו תוצר של היוזמה למחקר אנרגיה חלופית במכון ויצמן למדע(AERI). יוזמה זו מאפשרת למכון לתמוך במספר מחקרים חשוביםבתחום".

 

חברת "ידע מחקר ופיתוח", המקדמת פיתוח יישומים על-בסיס המצאותיהם של מדעני מכון ויצמן למדע, הגישה בקשה לרישום פטנט על התהליך. רישיונות הפיתוח הוענקו לחברתCampus-Tech מקבוצתClal Industries and Investments, ולקבוצתArte Venture. ניסויים ראשוניים מתוכננים לעתיד הקרוב.

 

האם אפשר להקפיא מים באמצעות חימום? מדעני מכון ויצמן גילו באחרונה, כי מים יכולים להפוך מנוזל למוצק בטמפרטורות שונות, בהתאם למטעןהחשמלי של המשטח עליו הם מונחים. באמצעות יצירת תנאים הגורמים להפיכת המטען החשמלי, גרמו המדענים להיווצרות קרח בזמן שהמשטח דווקא התחמם. ממצאים אלה פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי.Science 

 

פרופ' איגור לובומירסקי, תלמיד המחקר (אז) דוד אהרה, תלמיד המחקר איתי לברט-אופיר, ופרופ' מאיר להב מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, ביססו את הניסוי שלהם על השערה ותיקה, הטוענת שמטען חשמלי מסוגל לעודד הקפאה בכך שהוא גורם למולקולות המים להסתדר בשורה "עורפית" בהתאם למטענן. עם זאת, חוקרים התקשו עד כה למצוא דרך טובה לבדוק את ההשערה, מכיוון שרוב החומרים הנושאים מטען - בעיקר מתכות - משמשים גם כמוקדים (גרעינים) לייצור גבישי קרח: כשמים קופאים בטמפרטורה של אפס מעלות צלזיוס, גבישי הקרחמתחילים להתגבש מסביב לחלקיקי אבקאו לזיהומים אחרים. אבל מים במצב "קירור-על", כמו אלה שנמצאים בעננים גבוהים, עשויים להישאר במצב נוזלי גםבטמפרטורה נמוכה בהרבה מנקודת הקיפאון, כל עוד אין גורם שיזרז את גיבושם.

 

המדענים מצאו דרך לפתור את הבעיה. הם הזליפו מים על משטח מיוחד עשוי מגבישים פירו-אלקטריים שנושאים מטען כשהם עוברים חימום או קירור, אבל אינם משמשים גרעינים ליצירת גבישי קרח. להפתעתם, הם גילו כי בעוד שעל משטח בעל מטען חיובי המים קופאים בטמפרטורה של שבע מעלות צלזיוס מתחת לאפס, ועל משטח לא טעון בטמפרטורה של 12.5מעלות צלזיוס מתחת לאפס, הרי שעל משטח בעל מטען שלילי, המים הופכים לקרח רק בטמפרטורה נמוכה הרבה יותר: 18 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. לכן, כאשר הניחו החוקרים מים על משטח טעון שלילית שהטמפרטורה שלו היא 11 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, והפכו את המטען לחיובי תוך כדי חימום הטמפרטורה לשמונה מעלות מתחת לאפס, קפאו המים ויצרו קרח (כאמור, על משטח בעל מטען חיובי המים קופאים בטמפרטורה של שבע מעלות צלזיוס מתחת לאפס(.