אנרגיה‏ > ‏

אנרגיה חלופית

אנרגיה חלופית  \  אהוד קלפון

 

דלק מחיידקים:  מאמר שפורסם בתשעה בדצמבר 2009  בכתב העת "Nature Biotechnology " , על ידי חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, מציינים שמצאו דרך להפיק דלק מחיידקים, וגם להפחית זיהום אוויר מפחמן דו חמצני, שהוא גז החממה העיקרי  בכדור הארץ.

בעזרת הנדסה גנטית, החוקרים החדירו גנים של מיקרואורגניזם אחד לתוך חיידק בשם ציאנובקטריום, כדי ליצור זן הקולט גז CO2 מהאוויר ואת קרני השמש. זה מאפשר יצירת גז איזובוטיראלדהיד - Isobutyraldehyde  שאותו הופכים לדלק נוזלי בשם איזובוטנול – Isobutanol  שיכול לשמש דלק למכוניות. התהליך נעשה באופן ישיר מאנרגיית השמש בתהליך הפוטוסינתזה.

על פי תוצאות המחקר, הרווחים משיטה זו לטווח ארוך הן: 1) הפחתת כמות הפחמן הדו חמצני באוויר 2) יצירת דלק זול להנעת מכוניות, שהוא שונה מתהליך יקר אחר, שבו מייצרים ביו -דלק מאצות ומצמחים אחרים 3) שימוש בדלק שאינו מזהם את האוויר. המקום המתאים ביותר להניח מערכת זו, הוא ליד מפעלים פולטים כמות רבה של פחמן דו חמצני לאוויר. החוקרים מנסים ליעל את המערכת, לפני שיתחיל השימוש בה.       

החיידקים (בקטריות), מהווים ממלכה בפני עצמה, ורבים מהם חיים בגוף האדם בתנאים אנ-אירוביים - ללא חמצן. הם יצורים מיקרוסקופים חד תאיים, המתקיימים במושבות או כתאים בודדים. הם נמצאים בכל מקום על פני כדור הארץ, במים, באוויר, באדמה, במעיינות גופרית, במים מלוחים ומתוקים ובמעיינות מים חמים. בגוף האדם חיים פי עשרה חיידקים מתאי גופו ורובם נמצאים במערכת העיכול ועל העור. בגרם אחד אדמה יש 40 מיליון חיידקים ובסמ"ק אחד של מי שתייה יש מיליון חיידקים. רובם מועילים ורק מיעוטם פתוגניים גורמי מחלות. נעזרים בחיידקים בחקלאות, בעשיית מוצרי חלב, בתעשיית היין, בפרוק כתמי נפט במים, ביצירת חלבונים והורמונים בהנדסה גנטית, בתעשיות ביו-טכנולוגיות, וגם ביצירת דלק להנעת רכבים.  

דלק מימני : בתחילת שנת 2009 , צריכת האנרגיה בעולם באה בעיקרה מנפט (80% ) ומאנרגיות חלופיות, שאינן שמן אדמה או פחם (20% ). האנרגיות החלופיות כוללות, אנרגיה סולרית, אנרגיה גיאותרמית המגיעה מבטן האדמה, ביו-אנרגיה, היא אנרגיה המופקת מחומרים ביולוגיים,כגון אצות, צמחים מגידולים חקלאיים, ואחרים.  

אנרגיית רוח , אנרגיה המופקת מתחנות הידרואלקטריות, אנרגיית גלי הים, גאות ושפל בחופי ים, ואנרגיה שנפיק מגז מימן. בארה"ב למשל, 55% מהאנרגיה להפקת חשמל באה מפחם, 21% מכורים גרעיניים, 15% מגז טבעי ורק 9% מאנרגיות חלופיות, כגון אנרגיה סולרית, אנרגיה גיאותרמית, רוח ועוד. בארץ רק 3% מתצרוכת האנרגיה הכללית, מופקת מאנרגיה חלופית, שהיא בעיקרה סולארית. 

המטרה שהציבו המדינות המתועשות לעשרים השנים הקרובות, היא הגברת השימוש באנרגיות חלופיות, וגם ללמוד ללכוד פחמן דו חמצני הנפלט ממפעלים ואחסנתו לשימושים אחרים. דבר זה יקטין את זיהום האטמוספרה, את אפקט החממה והתחממות כדור הארץ. 

החוקרים חושבים, שגז מימן, נחשב לאלטרנטיבה טובה יותר, מהשימוש בדלקים פוסיליים (פחם ונפט). כעת בודקים את הדרכים היעילות להפקתו, לאחסנו ולהשתמש בו בדרך בטוחה. למשל, אפשר ליצר גז מימן על ידי הידרוליזה של המים, תוך שימוש באנרגיות חלופיות ולא על ידי שריפת דלק או פחם. משתמשים באנרגית חשמל, כדי לפרק מולקולות המים (H2O) על מנת להפיק מימן בתהליך הידרוליזה. לצורך זה, מייצרים אנרגיית החשמל מאנרגיה סולרית ולא ממרבצים פוסיליים.

אם מזרימים חשמל, בין שתי אלקטרודות במיכל מים, מולקולות המים המורכבות מחמצן ומימן מתפרקות ליונים חיוביים וליונים שליליים. כל אלקטרודה מושכת אליה יונים טעונים בצורה מנוגדת.

האלקטרודה החיובית (אנודה), מושכת אליה יונים של חמצן והאלקטרודה השלילית (קתודה), מושכת אליה יונים של מימן. כמות גז המימן המתקבלת, היא כפולה מכמות גז החמצן, שהרי מולקולת המים בנויה מ H2O . אם נצליח להתגבר על כול הקשיים הטכנולוגיים ונפיק גז במחיר סביר (שאינו יקר מדלק לרכבים) נוסיף עוד אנרגיה חלופית משמעותית כדי להקטין את התלות בנפט. שריפתו של גז מימן במנוע, דומה לזו של דלק רגיל, אך נדרשת לוגיסטיקה אחרת בהקמת תחנות תדלוק ובאחזקת מימן במיכלים בטוחים. דברים אלה מצריכים השקעות במחקר על מנת לצמצם את התלות בנפט ולהוריד את כמות המזהמים באוויר. 

גז מימן יכול לשמש גם בתעשייה ואינו מזהם את הסביבה בפחמן דו חמצני, שהוא הגורם העיקרי ביצירת אפקט החממה והתחממות כדור הארץ. היום יש באנגליה, פרוטוטיפ ניסיוני של רכב, שנע בעזרת גז מימן. גם יפן התחילה ליצר (לצורכי מחקר), רכבים ראשונים המונעים במימן, בתקווה שתוך שלוש שנים יוכלו ליצר דגמים אופרטיביים המונעים בגז מימן. מקור כוחה וחומה של השמש באים מאנרגיה מימנית (כשמימן הוא המרכיב העיקרי בתוכה). רק ששם, אטומי המימן מתלכדים ומשחררים אנרגיה עודפת רבה.    

הכוונה היא שמשנת 2020 , כל הרכבים החדשים יונעו בעזרת אנרגיות חלופיות ולא מדלקים שמפיקים משמן האדמה. בעת משבר, האדם תמיד ידע לגייס כוחות, לחשוב, לחקור ולהמציא פתרונות יצירתיים להמשך קיומו ושרידותו.

יש חוקרים הממליצים להפוך חומר אורגני, באופן ישיר לגז מימן, בעזרת חיידקים, בשיטה יעילה יותר משיטת האלקטרוליזה של המים. לאחר הפקת המימן (בעזרת חיידקים), ממליצים לערבבו עם גז טבעי מיתן (CH4) ולהשתמש בתערובת להנעת מכוניות גז. שריפת גז מיתן במנוע, היא די נקייה ואינה פולטת זיהומים לסביבה. אך אם מערבבים גז מיתן עם גז מימן, מתקבלת תערובת טובה יותר. היא תבער טוב יותר במנועי מכוניות גז, ללא פליטת מזהמי אוויר.    

אנרגיה מגידולים חקלאיים: אנו נמצאים במשבר אנרגיה מתמשך ומתעצם, עקב עלייה מתמדת במחירי הדלק, שמפיקים משמן האדמה. יחד עם זה, נוצר מחסור במזונות בסיסיים, עקב השימוש בגידולים חקלאיים לצורכי הפקת דלק להנעת רכבים ועקב סיבות הקשורות בחקלאות עצמה. על מנת לפתור את שתי הבעיות כאחד, מדינות רבות (בפרט המפותחות), חייבות לגייס משאבים וחוקרים לעניין זה בעדיפות עליונה. מאחר שמחירי הדלק כה גבוהים וממשיכים להרקיע, זה הזמן לפעול למציאת דרכים חלופיות (יותר נקיות) להפקת אנרגיה לתעשייה ולהנעת רכבים. כדאי לנצל את הידע הקיים כבר היום (תוך המשך המחקרים), בתחומי המרת אנרגיה וגלגולה.

כידוע האנרגיה אינה נוצרת ואינה מתכלה, אפשר רק להמירה לצרכינו בחוכמה ובמחירים סבירים. למשל, אפשר לנצל אנרגיה גיאותרמית המגיעה מבטן האדמה, להנעת טורבינות להפקת חשמל. יש מדינות משופעות במקורות אנרגיה מסוג זה וצריך לנצלם על מנת להוריד את הצריכה העולמית בדלקים שמקורם בנפט. באזורנו, בין ים המלח לעמק החולה (שהוא חלק מהשבר הסורי אפריקאי), יש פוטנציאל גדול בהפקת אנרגיה גיאותרמית.  

אפשר להפיק אנרגיה מפסולת ביתית, שכיום היא נטמנת באדמה וגורמת לזיהום מי תהום. יש כיום מתקנים מתקדמים סגורים לשריפת אשפה מוצקה, ללא זיהום אוויר וזיהום סביבתי. אפשר לנצל את עוצמת גלי הים להפקת אנרגיה, על ידי דחיסת אוויר ויצור חשמל.

צריכים לנצל את עוצמת הכוח במפלי המים, כדי לבנות תחנות כוח הידרואלקטריות. יש לרתום את עוצמת הרוח להפעלת טורבינות להפקת חשמל. אפשר להמיר אנרגיית שמש לחום או לחשמל, בעזרת מגדלי שמש ומראות מחזירות קרינה. לעודד ולהגביר את השימוש בדודי שמש לחימום מים בבתים. הפקת אנרגית אור בתאים סולריים, כפי שזה נעשה בצמתי דרכים, בשלטי חוצות וכדומה. ניצול פצלי שמן (אבנים רוויות שמן אדמה) להפקת אנרגיית חום וחשמל. פיתוח מצברים רבי עוצמה, להנעת רכבים חשמליים. חינוך אוכלוסייה העולם לחסוך באנרגיה.                                                                    

אם יעמיקו בחיפוש מקורות אנרגיה חלופיים, מחירי הדלק ירדו וגם מחירי המזון בעולם ירדו בהתאם. בעיה נוספת הקשורה במחסור במזון היא, שהחקלאות צומצמה לטובת התעשייה, שטחים חקלאיים מנוצלים לבנייה, החקלאים מגדלים פחות מזון בגן ובשדה בגלל חוסר כדאיות כלכלית וכן מעבר המוני איכרים בעולם מהכפר אל העיר.

חייבים לאסור גידול צמחי מזון כגון תירס, סויה, קנה סוכר, דגניים וכדומה, לצורכי הפקת דלק לרכב. זה ימנע מחסור בסוגי מזון בסיסיים ועליה תלולה במחיריהם. רצוי גם לא לבזבז מים להשקיית גידולים להפקת דלקים. מאידך אפשר לגדל צמחי בר, שאינם משמשים מזון בסיסי לאדם ולא צורכים מים להפקת אנרגיה. למשל, צמח בשם "קיקיון מצוי", שמקורו באפריקה הטרופית והסובטרופית, גדל בר בארץ  ואפשר להפיק מזרעיו שמן לצרכים שונים, כגון רפואה, תעשיה ודלקים. הוא קל לגידול, לא צורך כמעט מים ובזרעיו יש ריכוז של 40% שמן (זהירות, כול חלקיו רעילים ובפרט זרעיו).

על פי מחקרים אחרונים, אפשר לגדל אצות ירוקות בברכות (במי שופכין ממוחזרים), ליד מפעלי תעשיה הפולטים פחמן דו חמצני, ולהפיק מהן דלק ביולוגי. למשל אפשר לכוון את הגזCO2  הנפלט מתחנת כוח, אל ברכות לגידול אצות, על מנת שתקלוטנה כמות גדולה של פחמן דו חמצני להגדלת תהליך הפוטוסינתזה.

תהליך זה יפחית את ריכוז פחמן דו חמצני באטמוספרה, הגורם להתחממות כדור הארץ, ביחד עם גז מיתן CH4  וגזי חממה אחרים. לשם השוואה, חוקר ישראלי במכון המחקר MIT בבוסטון, גילה שקצב גידול אצות בדרך זו, מהר כמעט פי מאה, מאשר גידול סויה או תירס. כלומר, מאותה פיסת קרקע ובאותה יחידת זמן, אפשר להפיק הרבה יותר אנרגיה מאצות.

הוא אומר שהמרכיבים הנחוצים לכך הם הרבה שמש, פליטת רבה של גז פחמן דו חמצני ממפעל תעשיה או תחנת כוח, שטח קרקע לבניית הבריכות, מי שפכים מטוהרים ואצות ירוקות. על פי חישוביו אפשר להפיק כחמישה מיליון ליטרים של ביו – דלק מקילומטר רבוע של ברכות עם אצות. החוקר משתמש היום בגז CO2 הנפלט מתחנת כוח באריזונה לגידול אצותיו, ומחקרו נתמך על ידי ארצות האיחוד האירופי, הצמאות לאנרגיה חלופית זולה ולא מזהמת. הוא טוען, שרק בעוד כשנה, אפשר יהיה לדעת אם הפקת אנרגיה מאצות היא כלכלית.

חשמל מזרם סילון קוטבי: מחקר שפרסמו חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, בתאריך 16.6.09 , מתאר מעקב של 28 שנה אחר חיפוש דרכים בהפקת חשמל מאנרגיית הרוח. הם גילו, שזה אפשרי ומעשי, להפיק חשמל באמצעות אנרגיה מהזרם הסילוני המגיע מהקוטב ומקיף את כדור הארץ. זרם עוצמתי זה, נע בגובה שבין 7 ל 18  ק"מ באטמוספרה, שזה גובה רוב הטיסות האזרחיות.  הרוח הנושבת בגבהים אלה, חזקה פי 10 מהרוח הנושבת על פני הקרקע וגם יציבה ב 95% מהזמן. הם בדקו מספר טכניקות כדי לנצל רוח זו, כולל עפיפון עם טורבינת רוח. נבדקו אזורים בכדור הארץ שבהם עוצמת זרם הסילון הקוטבי רבה, כגון בחוף המזרחי של ארה"ב, ביפן, במזרח סין, בדרום אוסטרליה, ובצפון מזרח אפריקה.

בגובה האטמוספרה של אזורים אלה, אפשר להפיק 10 קילוואט למטר רבוע, בזמן שעל פני הקרקע אפשר להפיק פחות מקילוואט אחד למטר רבוע. הערים הגדלות שעובר מעליהן זרם סילון חזק, הן ניו יורק, טוקיו וסיאול, אך מעל מקסיקו סיטי למשל, הממוקמת בקו רוחב טרופי, לא מגיע זרם סילון מהקוטב  לכן אי אפשר לנצלו להפקת חשמל.

מאחר שזרם הסילון בגובהי האטמוספרה כמעט יציב, ורק ב 5% מהמקרים הרוח נחלשת, לכן מציעים החוקרים ליצור מאגרי אנרגיה למקרים כאלה. הם ממליצים לעשות צעד יותר גדול, ולחבר את כל אזורי כדור הארץ למקורות אנרגיה שיתופיים, כדי שתהיה תמיד תמיכה של אזור אחד בשני, למקרה של החלשות זמנית של הרוח.

 

 

 

 

 

 

                                                             

 

   

 

 

 

 

 

 

 

Comments