מדענים חוקרים מימן כמקור אנרגיה נקי למלחמה בשינויי האקלים, תוך התמקדות בייצורו באמצעות אלקטרוליזה של מים ושימוש בתאי דלק לתחבורה, תוך התאמה ליעד של אפס פליטת פחמן נטו עד 2050.
מהי אנרגיית מימן?
כשההשפעות של שינויי האקלים מתחזקות, הפלנטה שלנו מתמודדת עם גלי חום שיא, סופות חסרות תקדים, בצורת היסטורית ושריפות. מדענים קשרו את האירועים הללו לגזי חממה כמו פחמן דו חמצני באטמוספרה, שחלק ניכר מהם מיוצר על ידי פעילות אנושית.
אבל מה אם במקום לשחרר גזי חממה מזיקים לסביבה, המטוסים והמכוניות שלנו יוכלו לפעול על דלק שהופק ממים, תוך שימוש בחשמל מהשמש או מהרוח? מה אם הדלק המתחדש הזה יכול לספק כוח גיבוי לרשת החשמל ולהירכש מתחנות תדלוק ברחבי הארץ?
בסרטון זה של Science 101, המדעניות דבולינה דסגופטה וננסי קריוקי מתארות את המדע, הטכנולוגיה והיישומים של אנרגיית מימן. מימן הוא היסוד הכימי הפשוט ביותר, או סוג של אָטוֹם, ושפע של מימן קיים בתוך המים על הפלנטה שלנו. הוא מתחדש באופן טבעי על ידי מחזור המים, וכאשר הוא משמש כדלק, הוא אינו משחרר פליטות מזיקות. מסיבות אלה, מימן יכול למלא תפקיד מרכזי בטיפוח סביבה נקייה יותר והפחתת פליטת גזי חממה במגזרים החל מתחבורה ועד לרשת. מדענים במעבדה הלאומית Argonne של משרד האנרגיה של ארה"ב ממנפים מתקנים ומומחיות ברמה עולמית כדי להוזיל את העלות של ייצור מימן ולפתח תאי דלק במחירים סבירים לכלי רכב המונעים במימן. הם גם בוחנים שיטות לייצור מימן, הובלה, אחסון ושימוש כדי למזער פליטת גזי חממה.
מדענים פועלים כדי להפוך את החזון הזה למציאות תוך שימוש באנרגיה שבמימן, שמבטיחה למלא תפקיד מרכזי בטיפוח סביבה נקייה יותר ובהשגת היעד של ארה"ב להשיג פליטת פחמן אפס נטו עד 2050 – במילים אחרות, סילוק פחמן אטמוספירה באותו קצב שהיא נפלטת.
מימן הוא היסוד הכימי הפשוט ביותר, או סוג האטום. הוא מורכב מפרטון אחד ואלקטרון אחד בלבד. זהו גם היסוד הנפוץ ביותר, המהווה כ-75% מהחומר הידוע ביקום. כמויות אדירות של מימן קיימות במים וביצורים חיים.
שפע של מימן קיים בתוך המים על הפלנטה שלנו, והוא מתחדש באופן טבעי על ידי מחזור המים. כאשר הוא משמש כדלק, הוא אינו משחרר פליטת פחמן, מה שהופך אותו למקור אנרגיה נקי ומבטיח. קרדיט: Argonne National Laboratory
מולקולת המימן, המורכבת משני אטומי מימן, יכולה לשמש להפקת אנרגיה נטולת פחמן. מולקולות מימן נושאות אנרגיה רבה; קילו מימן מכיל כמעט פי שלושה מהאנרגיה של קילו בנזין או סולר.
עם זאת, מולקולות מימן אינן בשפע על פני כדור הארץ, ומהוות פחות מ-0.0001% מהאטמוספירה שלנו. בגלל זה, מימן חייב להיות מופק מחומרים אחרים המכילים אותו. הדרך הנפוצה ביותר לייצר מימן שאינו משתמש בדלק מאובנים היא פיצול מים (H2O) למימן (H2) וחמצן (O2) באמצעות חשמל. תהליך זה, הנקרא אלקטרוליזה של מים, הוא אופציה מבטיחה לייצור מימן נטול פחמן, שכן ניתן להפיק את החשמל מאנרגיה גרעינית או מתחדשת, כגון רוח ושמש. מדענים ומהנדסים פועלים לשפר ולהוזיל את עלות המימן המיוצר באלקטרוליזה של מים.
באלקטרוליזה, מים מתפצלים באנודה ויוצרים חמצן, יוני מימן ואלקטרונים. חומר אלקטרוליט מאפשר ליוני מימן לעבור, אך מאלץ אלקטרונים לזרום בנפרד אל הקתודה, שם השניים מתחברים מחדש ליצירת גז מימן לשימוש כדלק. קרדיט: Argonne National Laboratory
הם גם מפתחים שיטות הממירות אנרגיה סולארית ומים ישירות למימן על ידי רתימת וחיקוי תהליכים ביולוגיים כמו פוטוסינתזה.
ישנן מספר דרכים להשתמש במימן לאנרגיה לאחר הפקתו. הבולט ביותר הוא בתאי דלק, הממירים את האנרגיה הכימית האצורה במימן ובחמצן לחשמל. בניגוד למנועי בנזין, אין פליטות מזיקות כמו פחמן דו חמצני. ובניגוד לסוללות, מערכות תאי דלק אינן דורשות השבתה ממושכת לצורך טעינה מחדש. הם מתודלקים כמו מנועי בנזין, אבל עם מימן.
מימן יכול לשמש בתאי דלק או לשרוף כדלק במנועים. מדענים ומהנדסים פועלים לשיפור הטכנולוגיות הללו, שיכולות להחליף את השימוש בדלקים מאובנים בתחבורה וברשת. קרדיט: Argonne National Laboratory
סוג של תא דלק מימן שמפותח עבור מכוניות, משאיות, מלגזות, אוטובוסים, ספינות ורכבות מפצל מולקולות מימן לאלקטרונים ופרוטונים. האלקטרונים נאלצים לזרום דרך מעגל חשמלי, ויוצרים אספקה של חשמל שמיש. בינתיים, הפרוטונים מסוגלים לעבור דרך ממברנה, בסופו של דבר מתחברים מחדש עם האלקטרונים ומגיבים עם מולקולות חמצן מהאוויר כדי לייצר מים, הפליטה היחידה.
מדענים במעבדה הלאומית של משרד האנרגיה של ארגון ממנפים מתקנים ומומחיות ברמה עולמית לקידום מדע וטכנולוגיה של מימן. החוקרים שלנו מורידים את עלות ייצור המימן, מפתחים תאי דלק במחירים סבירים לכלי רכב המונעים במימן. הם גם בוחנים שיטות לייצור מימן, הובלה, שימוש ואחסון כדי למזער פליטת גזי חממה.
