עמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > אנרגיהעמוד הבית > מדעים > פיסיקה ומבנה החומר [כימיה] > חומרים: תכונות ותהליכים
סיינטיפיק אמריקן ישראל



תקציר
האם המימן יחליף את הדלק שאנחנו מכירים? יעילותו של תא דלק חשמלי המבוסס על מימן להנעת כלי רכב גבוהה פי שניים מיעילות מנוע בעירה פנימית, ובניגוד למנועים הרגילים תאי הדלק האלה פולטים רק אדי מים וחום. אז למה המכוניות שלנו לא מונעות ע"י מימן? מימן אינו מצוי בטבע בצורתו החופשית ולכן הפקתו יקרה.



משק המימן בסימן שאלה
מחבר: מתיו ל' וולד


ההתקדמות בנושא תאי דלק חשמליים מעוררת התרגשות רבה, אבל אין להקל ראש בקשיים הניצבים בדרך למשק דלק המבוסס על מימן

בסתיו 2003, כמה חודשים לאחר שהנשיא ג'ורג ו' בוש הכריז על הקצאת 1.7 מיליארד דולר לתכנית מחקר שנועדה לפתח כלי רכב שיקטין את זיהום האוויר ואת התלות של ארה"ב בדלק מיובא, באו לוושינגטון נציגי חברת טויוטה והציגו שני כלי רכב כאלה. הרכב האחד - מכונית נוסעים המוצעת כבר למכירה - מצויד במנוע משולב: מנוע בעירה פנימית מסורתי, מונע בבנזין, הפועל לצד מנוע חשמלי המונע בסוללה. המנוע המשולב שורף ליטר דלק אחד כל 21 ק"מ, ופליטת הפחמן הדו-חמצני שלו עולה רק במעט על חצי מהכמות שפולטת מכונית ממוצעת. הרכב השני היה רכב שטח ניסיוני המונע באמצעות מנוע חשמלי בעל תאי דלק מימניים. הרכב הזה פלט לסביבה רק חום ומים טהורים - טהורים יותר מהמים המינרליים של פרייה. מי מהם היה הרכב הפחות מזהם?

לתשובה הנכונה לשאלה עשויות להיות השלכות מרחיקות לכת לגבי הוצאות המחקר, לגבי ההחלטה אילו כלי רכב יסבסד הממשל בניסיון להחדיר את הטכנולוגיה שתגמול אותנו מבנזין, ובסופו של דבר לגבי הסביבה כולה. אבל התשובה אינה זו שרוב האנשים מצפים לה, לפחות לא על פי דבריו של רוברט וימר, מנהל המחקר בנושאי טכניקה ותקינה בטויוטה. וימר אמר ששני הרכבים כמעט זהים.

וימר הוא אחד המומחים, שמספרם גדל והולך, הבודקים לא רק את מה שהרכב פולט לבדו. הם בוחנים את ההשפעה הכוללת על הסביבה גם של תהליכי ייצור הדלק וגם של פעולת הרכב עצמו. בהקשר הרחב הזה, אפילו היתרונות הצפויים של השימוש בתאי מימן חשמליים, כגון יעילותם וניקיון פעולתם, אינם עומדים בציפיות הגבוהות שתולים בהם. מנקודת מבט זו המרוץ הצמוד של תאי המימן עם המנוע המשולב גם הוא הישג. משרד האנרגיה האמריקני הצהיר שבמקרים מסוימים מכונית מונעת בתאי דלק עלולה לגרום לפליטה רבה יותר של פחמן דו-חמצני ושל מגוון מזהמים אחרים. ואפשר לטעון שבהיבט אחד יש יתרון למנוע המשולב: הוא קיים היום בשוק ולכן ביכולתו להקטין את הזיהום כבר עכשיו. לעומת זאת, מכוניות שיפעלו באמצעות תאי דלק צפויות להימכר רק כשנאס"א תשגר חללית מאוישת למאדים, ובאותה מידה של ודאות.

זה אולי נשמע מפתיע, אבל זה גם חושף את האי-ודאויות והאתגרים העומדים בפני המרוץ אל עבר משק דלק מבוסס מימן - אשר רוב האנרגיה בו מושקעת ביצירת מימן המיועד לזרום בתא הדלק כדי לייצר אנרגיה חשמלית הדרושה להפעלת המנוע. תקוות רבות נתלות בהתקדמות בבניית תאי דלק ובאפשרות לביסוסו של משק מימן נקי יותר שיכלול לא רק תחבורה אלא יספק אולי גם אנרגיה ליישומים נייחים כמו בתי מגורים ומבנים אחרים. בנובמבר 2003 אמר שר האנרגיה האמריקני לשרי אנרגיה מ-14 מדינות ומן האיחוד האירופי שהתכנסו בוושינגטון, שמימן עשוי "לחולל מהפכה בעולם שבו אנו חיים." מכיוון שכלי הרכב הממונעים באמריקה, שמספרם עולה על 200 מיליון, צורכים בערך שני שלישים מתוך 20 מיליון חביות הנפט שארה"ב מנצלת מדי יום, כינה הנשיא בוש את המימן בשם "דלק החופש".

אבל למימן יש מחיר, הן כספי והן סביבתי. מחירו של תא דלק מימני גבוה פי 100 כמעט ממחירו של מנוע בעירה פנימית שווה הספק. כדי שהמחיר יהיה תחרותי "הוא חייב לעמוד על חמישה סנט לוואט, וכיום אנו עומדים על ארבעה דולר לוואט," אומר טים ר' דוסי, חוקר בחברת הכימיקלים איסטמן המייצרת את הפולימרים לתאי הדלק. גם מחיר המימן גבוה פי חמישה ממחיר הבנזין ליחידת אנרגיה זמינה. הכסף הוא רק פס ההרעדה הראשון במסלול המוליך למשק מבוסס מימן. המהמורה השנייה היא הצורך בייצור מימן טהור שעלול לגרום לזיהום הסביבה. גם אם מקור האנרגיה לייצורו יגיע ממקורות מתחדשים, כגון שמש או רוח, ייתכן שיש למקורות האנרגיה האלה שימושים ידידותיים יותר לסביבה מלייצר דווקא מימן. מימן הוא הגז בעל הצפיפות הנמוכה ביותר ביקום, ולכן הפצת הגז הנדיף, אחסונו והטיפול הבטוח בו מציבים קשיים טכנולוגיים ובעיות תשתית. כל הצעה מעשית למעבר המשק למימן תצטרך לתת תשובות לכל הנושאים האלה.

מהם המקורות ההגיוניים?

לתאי הדלק המימניים יש שתי תכונות מושכות. ראשית, הם אינם מזהמים את המקום שבו משתמשים בהם [ראו "גלגלי השינוי" מאת לורנס ד' ברנס, ג' ביירון מק'קורמיק וכריסטופר א' בורוני-ברד, סיינטיפיק אמריקן ישראל, אפריל-מאי 2003], ושנית, אפשר להפיק מימן ממגוון מקורות. למעשה, הגז אינו דלק במובן הרגיל של המילה. דלק הוא דבר מה המצוי בטבע, כמו פחם, או שמזקקים אותו ממוצר טבעי, כמו דיזל המופק מנפט גולמי, ואחר כך שורפים אותו כדי לבצע את העבודה. מימן טהור אינו קיים במצב טבעי בכדור הארץ. הייצור שלו הוא תהליך מורכב כל כך עד שאפשר לראות בו למעשה אמצעי לאחסון ולהובלה של אנרגיה ממקור אחר כלשהו אל המתקן שמייצר חשמל. "היופי במימן הוא מגוון מקורות האנרגיה האפשריים," אומר דייוויד ק' ג'רמן, עוזר שר האנרגיה האמריקני לענייני נצילות אנרגיה ומקורות אנרגיה מתחדשים. ואולם, לכל מקור כזה יש גם צד מכוער.

למשל התהליך הקרוי אלקטרוליזה. אלקטרוליזה מפיקה חמצן על ידי שבירת מולקולת מים באמצעות חשמל. החשמל יכול להגיע מתאים סולריים, מטחנות רוח, מתחנות הידרו-אלקטריות ואולי מכורים גרעיניים בטוחים יותר מן הדור הבא [ראו "אנרגיה גרעינית - הדור הבא", מאת ג'יימס א' לייק, רלף ג' בנט וג'ון פ' קוטק, סיינטיפיק אמריקן ישראל, אוקטובר-נובמבר 2002]. חוקרים מנסים להשתמש גם בחיידקים כדי לייצר מימן מביומסה, ובכלל זה משאריות של יבולים שאין להם ערך כלכלי. בפברואר 2004 הודיעו חוקרים מאוניברסיטת מינסוטה ומן האוניברסיטה של פטרס ביוון על מתקן כימי שמייצר מימן מתערובת של אתאנול ומים. למרות שכל הטכנולוגיות האלה מושכות את הלב, אף אחת מהן אינה זמינה או משתלמת כלכלית. המומחים צופים שמצב זה יימשך כנראה עוד שנים רבות.

אפשר להפיק מימן מחשמל המיוצר משרפת פחם, מקור האנרגיה הזול ביותר ברוב אזורי ארה"ב. אבל המבקרים טוענים שאם פחם הוא המרכיב הראשון במשק המימן אז ההתחממות הגלובלית רק תחריף בגלל פליטה מוגברת של פחמן דו-חמצני.

מימן יכול להיות מופק גם ממתאן, המרכיב הראשי בגז טבעי. אפשר לקבל מימן ופחמן דו-חמצני מתגובה כימית בין גז טבעי וקיטור, אבל ניצול גז טבעי לשם מילוי תאי דלק במימן יקטין את השימוש התעשייתי הטוב ביותר הנעשה בו כיום: שרפתו בניצולת גבוהה בטורבינות מחזור-משולב (combined-cycle) לייצור חשמל. הדבר יוביל שוב לשימוש מוגבר בפחם. תחנות כוח במחזור-משולב מסוגלות להמיר לחשמל 60% מהחום הנפלט בשרפת גז טבעי, ואילו תחנת פחם ממירה רק כ-33% מן החום. יותר מכך, כשגז טבעי נשרף הוא פולט קצת יותר ממחצית כמות הפחמן הדו-חמצני שפולט פחם לכל יחידת חום - כ-53 ק"ג פחמן דו-חמצני מגז לכל מיליון BTU [יחידת חום בריטית, שהיא יחידת המדידה המקובלת בתחום זה] לעומת כ-96 ק"ג מפחם. לכן צריכת קילוואט-שעה של אנרגיה חשמלית המופקת מתחנת כוח חדישה המבוססת על גז טבעי מפיקה קצת יותר מרבע כמות הפחמן הדו-חמצני לעומת תחנת פחם. (בנזין נמצא בין פחם לבין גז טבעי. שרפתו מפיקה כ-71 ק"ג פחמן דו-חמצני לכל מיליון BTU.) לסיכום, נראה שמשיקולים סביבתיים עדיף להשתמש בגז טבעי כדי להפיק חשמל לרשת הארצית ולחסוך פחם, מאשר להפנות אותו לייצור מימן כדי לחסוך בנזין.

קיטור יכול להפיק מימן בתגובה עם עוד שני סוגי דלק: נפט שמגיע לארה"ב מוונצואלה או מהמפרץ הפרסי, או שוב, פחם מהמכרות שבהרי האפלאצ'ים. כדי להפיק מימן מדלק מחצבי באופן שלא יוסיף לפליטת הפחמן הדו-חמצני המשפיע על האקלים, חייבים ללכוד את הפחמן הדו-חמצני לפני שהוא נכנס לאטמוספרה. אפשר להניח שתהליך כזה יהיה קל יותר מאשר ללכוד את הגז רק כשהוא נפלט מצינורות המפלט של מיליוני מכוניות, כי אם לא כן, עדיף כבר לשרוף את הדלק עצמו.

"אם מסתכלים על כל המערכת, ולא רק על מגזרים יחידים, עדיף להיפטר מתחנות הפחם, מפני שפחם הוא דלק עתיר כל כך בפחמן," אומר מייקל וונג, חוקר אנרגיה במעבדה הלאומית ארגון. קצת יותר ממחצית האנרגיה החשמלית המיוצרת בארה"ב מופקת מפחם וכ-20% מגז טבעי. השאר מגיע בעיקר ממקורות חופשיים מפחמן, בראש ובראשונה כורים גרעיניים ותחנות הידרו-אלקטריות. לפיכך, מאמץ להחלפת תחנות החשמל מבוססות הפחם יימשך כנראה עשרות שנים.

בכל מקרה, גם אם אספקת המימן תעלה פתאום, ייתכן אפילו שהשימוש הטוב ביותר בו אינו בתאי דלק כלל. במאמר שהתפרסם לא מכבר, סוקר רעואל שנער, פרופסור להנדסה כימית בסיטי קולג' של ניו יורק, את החלופות לייצור כוח ודלק. במקום להשתמש במימן כבחומר דלק הוא מציע משהו פשוט הרבה יותר: להגביר את השימוש במימן בתהליכי פיצוח וזיקוק של דלק. שנער חישב ומצא שבדרך זו תוכל ארה"ב לחסוך שלושה מיליון חביות נפט ליום. חומר הגלם בתהליכי הפיצוח והזיקוק בנוכחות מימן הוא מקטע של נפט גולמי המכיל מולקולות שאינן מתאימות לשימוש בבנזין מפני שהן גדולות מדי ומפני שאחוז הפחמן שבהן גבוה מדי ביחס למימן. אמנם התהליכים יקרים, אך בכל זאת רווחיים מפני שהם מאפשרים לבתי הזיקוק להמיר לבנזין רכיבי דלק שאלמלא כן היו מתאימים אך ורק למוצרים שערכם הכלכלי נמוך, כמו אספלט ודלק לדודי חימום. זה כמו להפוך בשר זול לסטייק פילה.

ומה בדבר הוצאות המרה?

ייצור מימן הוא אפוא תהליך מזהם ויקר. אם כך, האם נצילות האנרגיה המרשימה שלו בעת השימוש מחפה בכלל על חסרונות ייצורו? שוב, התשובה מורכבת.

כששורפים קילוגרם מימן או כששורפים גלון (כ-3.8 ליטר) בנזין רגיל נטול-עופרת נפלטת בערך אותה כמות אנרגיה בצורת חום. אבל מנוע הבעירה הפנימית שונה מתא הדלק ביכולתו להפיק עבודה מן האנרגיה הזאת. במנוע, רוב האנרגיה בורח החוצה כחום דרך צינורות המפלט, ואנרגיה נוספת אובדת בחיכוך שבמנוע. גם התומכים וגם המקטרגים מסכימים שאם מעגלים את המספרים אז תא דלק מוציא מקילוגרם מימן עבודה כפולה מזו שמוציא מנוע מגלון בנזין. (ביישום נייח - כמו למשל מתקן המצוי במרתף הבית, מפיק מימן מגז טבעי ומשתמש בו לייצור החשמל הביתי - הנצילות עשויה להיות אפילו גדולה יותר, מפני שיהיה אפשר לנצל את החום שנפלט מתא הדלק לחימום מים, למשל.)

למעשה, קיימת דרך שיטתית להעריך היכן כדאי להשתמש בכל סוג דלק באופן הטוב ביותר. שיטת האנליזה החדשה המכונה בשם "מן הבאר ועד לגלגלים" ("well to wheels") משווה את הנצילות האנרגטית של כל השיטות הידועות להניע את גלגלי המכונית [ראו איור בעמוד 000]. השיטה מבוססת על המונח "נצילות המרה". בכל שלב בשרשרת גלגולי האנרגיה, מן המשאבות בבאר הנפט, עד לבתי הזיקוק ועד לשרפה במנוע אובדת מקצת האנרגיה הפוטנציאלית של הדלק.

החלק הראשון בניתוח של "מן הבאר ועד לגלגלים" הוא השלב שהמהנדסים מכנים "מן הבאר ועד למכל הדלק": מה דרוש כדי להפיק את הדלק ולהעביר אותו הלאה? על פי נתוני הלשכה לנצילות אנרגיה ולאנרגיה מתחדשת במשרד האנרגיה האמריקני, בתהליך הפיצוח של גז טבעי לשם הפקת מימן אובדים כ-40% מפוטנציאל האנרגיה המקורי. אלקטרוליזה של מים באמצעות רשת החשמל גורמת לאובדן של 78%. (למרות שלאלקטרוליזה נצילות נמוכה יותר, סביר להניח שזאת תהיה השיטה העיקרית בשלבים הראשונית של המעבר למשק המימן מפני שבשיטה הזאת נוח יותר להפיק את המימן במקום שבו נזקקים לו ולהימנע מבעיות הובלה.) בניגוד לכך, שאיבת גלון נפט מן האדמה, הבאתו לבית הזיקוק, עיבודו לבנזין והובלתו לתחנת הדלק גורמים לאיבוד של 21% מן האנרגיה הפוטנציאלית. בהפקת גז טבעי ודחיסתו למכל מאבדים רק כ-15%.

החלק השני באנליזה הוא "ממכל הדלק ועד לגלגלים", או הקביעה כמה מן הערך האנרגטי האצור במכל הדלק של כלי הרכב מניע בסופו של דבר את הגלגלים. במנוע בעירה פנימית רגיל, הפועל על בנזין, אובדים 85% מן האנרגיה של הדלק במכל. ולכן, כל המערכת ביחד, מן הבאר ועד לגלגל, מאבדת 88% מן האנרגיה.

תא דלק ממיר בערך 37% מן הערך האנרגטי של המימן להנעת הרכב. האיבוד הכולל, מן הבאר ועד לגלגלים, הוא בערך 78%, וזאת אם המימן מופק מהמרה באמצעות קיטור של גז טבעי (steam reforming). אם מקור המימן הוא אלקטרוליזה שהחשמל שהיא צורכת מופק מפחם, איבוד האנרגיה מן הבאר (במקרה זה מן המכרה) ועד למכל הוא 78%, ואילו לאחר שהמימן עובר בתא הדלק, סך-כול איבוד האנרגיה מסתכם ב-92%.

ואלי ריפל, מהנדס מחקר בחברת AeroVironment ממונרוביה שבקליפורניה, שהשתתף בפיתוח המכונית החשמלית EV-1 של ג'נרל מוטורס, והמטוס החשמלי-הסולרי "הליוס" של נאס"א, מציע זווית ראייה אחרת על המצב. הוא חישב שאם מטעינים את הסוללות במכונית עם מנוע חשמלי בקילוואט-שעה אחד, היא תיסע פי שלושה רחוק יותר ממכונית שבה ינוצל קודם לכן אותו קילוואט-שעה כדי להפיק מימן לתא דלק.

כל העובדות האלה מצטברות נגד השימוש בחשמל להפקת מימן, מימן שישמש כדי לחזור ולהפיק חשמל בתא הדלק של המכונית. אבל בכל זאת תיתכן סיבה טובה אחת לעבור את כל שלבי ההמרה הבלתי יעילים האלה. ייתכן שעדיין יש בכך היגיון כלכלי, ובסופו של דבר הכסף הוא שעיצב עד עכשיו את שוק האנרגיה. כלומר, אף על פי שמערכת המימן מבזבזת אנרגיה רבה, הרי שבגלל ההבדלים העצומים במחיר האנרגיה ממקורות שונים ייתכן שהגיוני לעבור למערכת שבה נוכל להשתמש באנרגיה הזולה יותר.

וולטר "צ'יפ" שרדר, נשיא ומנהל חברת "פרוטון אנרג'י סיסטמס" מקונטיקט, המתמחה בבניית מתקני אלקטרוליזה מסביר את ההיגיון הכלכלי. פחם במחירים של היום (למען האמת, פחם במחירים שיישארו כאלה גם בשנים הבאות) עולה קצת יותר מ-80 סנט למיליון BTU. אותה כמות חום המופקת מבנזין, שמחירו [בארה"ב] 46 סנט לליטר (מחיר שנראה היום גבוה אבל בעוד כמה חודשים או שנים הוא עשוי להיראות נמוך), עולה 15.40 דולר. תהליך המרת BTU אחד המופק מפחם ל-BTU אחד המסוגל להניע מכונית הוא תהליך מסורבל, אבל כתוצאה ממנו "מקבלים יין ממים," אומר שרדר. כך הוא מתאר גם את ההתקן שלו להפיק מימן ממים, ומכנה אותו "מכונת ארביטראז'". ארביטראז' הוא מונח השאול מעולמם של מומחי השקעות, סוחרים ואנשי בורסה המתאר קנייה בזול ומכירה מיידית ברווח. אבל הסוחרים מתכוונים בדרך כלל להבדלים קטנים בשערי חליפין של מטבעות, או במחירי מניות, בין שוק אחד למשנהו. "אינך יכול לנהל מדיניות סבירה בלי להבין עד כמה קיצוניים הבדלי הערך בשוק האנרגיה," אומר שרדר.

איך להוביל מימן?

ואולם בניגוד לחליפין של כסף בעסקות ארביטראז', מקורות שונים של אנרגיה אינם ניתנים לחליפין באותה מידה. קבלת מימן זמין בנוחות ובמחיר טוב היא בעיה, במיוחד אם המימן צפוי להיות מופק ממקורות אנרגיה מתחדשים כמו אנרגיה סולרית, מתקנים הידרו-אלקטריים או טחנות רוח המצויים מטבע הדברים רק באזורים מסוימים.

מימן המופק מאנרגיית הרוח למשל, יכול להתחרות בבנזין רק אם מחיר קילוואט-שעה המופק מן הרוח נמוך משלושה סנט, אומר ג'רמן ממשרד האנרגיה האמריקני. מחיר כזה אפשר להשיג במקומות שבהם הרוח נושבת בקביעות. "ומקומות שבהם נושבת רוח של שלושה סנט הם מקומות שבני אדם אינם חיים בהם," הוא מוסיף. בארצות הברית רוחות כאלה נושבות ברצועה שנמתחת ממונטנה, ועד דקוטה הצפונית והדרומית ועד לטקסס. החשמל שיופק שם יצטרך לעבור דרך ארוכה עד שיגיע לצרכנים - ולכל אורך הדרך תלך לאיבוד אנרגיה ברשת החשמל. "אתה לא יכול 'להוציא את האלקטרונים' מ'הדקוטות' בגלל אילוצי תמסורת," מציין ג'רמן. "אולי צינור להובלת מימן יוכל להוליך את המשאב העצום של הרוח לשיקגו," שוק דלק המכוניות הקרוב ביותר.

כל זאת כמובן אם בנייתו של צינור כזה היא בכלל מעשית. בגלל צפיפותו הנמוכה של המימן קשה הרבה יותר להוביל אותו בצינור מאשר, לדוגמה, גז טבעי. כדי להעביר כמויות גדולות של גז יש לדחוס אותו, שאם לא כן קוטר הצינור יהיה דומה לקוטרו של מטוס. כדי לדחוס צריך להשקיע עבודה, וזו מקטינה עוד יותר את האנרגיה הכוללת המופקת בתהליך. זאת ועוד, הטיפול במימן מסובך יותר מהטיפול בכל גז אחר המשמש כדלק. מימן דחוס בלחץ של 790 אטמוספרות מכיל פחות משליש האנרגיה שמכיל מתאן, המופק מגז טבעי, באותו לחץ. כך טוען מחקר שערכו לאחרונה שלושה חוקרים אירופים, אולף בוסל, בלדור אליאסון וגורדון טיילור.

בעיה דומה קיימת גם בהובלה במכלית. בוסל ועמיתיו מצאו שמכלית המובילה לצרכן 2,400 ק"ג של גז טבעי תוכל לשאת רק 288 ק"ג מימן באותו הלחץ. כלומר, כדי להניע אותו מספר של מכוניות יידרשו 15 מכליות מימן לעומת מכלית בנזין אחת. אם ישתמשו במימן נוזלי יידרשו רק שלוש מכליות, אבל נדרש מאמץ רב הרבה יותר כדי לנזל מימן. משלוח מתאנול שממנו יהיה אפשר להפיק מימן בכלי הרכב עצמו (ראו איור בעמוד 72) יקל על ההובלה, אבל גם כאן לתגובה הנוספת הזאת יש מחיר באנרגיה. העובדות האלה תומכות בטיעון שאת המימן צריך לנצל במקום שבו הוא מופק, וזה עשוי להיות הרחק מהשווקים הראשיים של הדלק למנועים.

אך גם אם יגיע המימן לבסוף ליעדו בדרך כלשהי, לא הסתיימו הקשיים בטיפול בגז החמקמק. אחת הבעיות היא שמימן בוער בקלות רבה. כל סוגי הדלק הגזי בוערים רק מעל לריכוז מינימלי מסוים ומתחת לריכוז מקסימלי כלשהו. טווח הבעירה של מימן רחב באופן יוצא דופן, בין 2 ל-75 אחוזים. גז טבעי, בניגוד לכך, בוער רק בריכוזים שבין 5 ל-15 אחוזים. ולכן, תהיה דליפת גז טבעי מסוכנת ככל שתהיה, דליפת מימן מסוכנת ממנה. גם כמות האנרגיה המינימלית הדרושה להצית מימן קטנה כמה מונים מזו הדרושה להצתת גז טבעי.

וכשמימן בוער, לא רואים את הלהבה. נאס"א פרסמה הוראות בטיחות שעל פיהן הדרך המומלצת לבדוק אם מימן בוער היא לשלוח יד ולהושיט מטאטא אל עבר האזור החשוד כדי לראות אם השנצים שלו מתלקחים. "זה מפחיד, אתה לא רואה את האש," אומר מייקל ד' אמירידיס ראש המחלקה להנדסה כימית באוניברסיטת דרום קרוליינה, שעורך מחקר בתאי דלק על פי חוזה שחתם עם כמה חברות. לדבריו, מכונית מוצלחת שתפעל באמצעות תא דלק תהיה חייבת לכלול "אמצעי בטיחות שמשתווים לפחות לאלה שבהם אני משתמש עכשיו." חלק ניכר מהעבודה הראשונית לפיתוח שרשרת אספקה לתדלוק במימן הוקדש לבניית מכשירי אזהרה אמינים לזיהוי מימן גזי.

למצוא למימן תפקיד

למרות המכשולים הטכנולוגיים ובעיות התשתית ייתכן שמשק מבוסס מימן נמצא כבר בשער. אם כך הדבר, סביר להניח שהוא יהיה דומה למשק הבשמים, שוק שבו הכמויות כה קטנות עד שהמחיר ליחידה אינו חשוב. קיים סיכוי טוב שהראשונים יהיו מכשירי הטלפון הסלולריים והמחשבים הנישאים, שוק שבו ללקוחות לא יהיה אכפת לשלם 10 דולר לקילוואט-שעה המופק מתא דלק חשמלי. מחקר שערכה לאחרונה תעשיית תאי הדלק מנבא שהתקנים כאלה למחשבים נישאים ייצאו לשוק כבר השנה. משם יתקדם השוק בסופו של דבר אל הבתים הפרטיים שלא דורשים הספק גבוה מחמישה קילוואט בערך, וששיפור ביעילות ניצול הפחמן רצוי בהם מאוד מפני שהם צורכים חשמל רב כמעט בכל שעות היום. ואולם, לא סביר שנראה מספרים גבוהים של תאי דלק בכבישים. מכונית דורשת הספק של כ-50 קילוואט אבל נוסעת בממוצע רק שעתיים ביום - זהו בדיוק המצב שבו מהנדס טוב יירתע מלהשתמש בהתקן כמו תא דלק, התקן שהוצאות הפעלתו נמוכות, אבל מחיר יחידת אנרגיה האגורה בו גבוה. אף על פי שמרבית האנשים שמעו על תאי דלק כחלופה למקור האנרגיה של מכוניות, ייתכן שדווקא השוק הזה יהיה המקום האחרון שבו נמצא בסופו של דבר תאי דלק בכמויות מסחריות.

אם עלינו למצוא חלופות לדלק לתחבורה, טוב נעשה אם לפני שנגיע למימן נפנה לכיוונים אחרים. אחד מהם הוא הגז הטבעי, המצוי בכמויות גדולות, והשימוש בו דורש את פתרונן של מעט מאוד בעיות טכניות שעדיין לא נפתרו. כיוון אחר הוא חשמל למכוניות חשמליות. טכנולוגיית הסוללות החשמליות נתקלה בכמה מכשולים רציניים, אבל ייתכן שיהיה קל יותר להתגבר עליהם מאשר על אלו הניצבים בפני תאי הדלק. אם לא תהיה ברירה נוכל להניע כלי רכב באמצעות מתאנול שיופק מפחם. הגרמנים עשו כך בשנות הארבעים, ואנו נוכל לבטח לפתור את העניין גם כיום.

ולבסוף, אם אנחנו כחברה נתמוך באמת בפיתוחם של מקורות אנרגיה מתחדשים כמו טחנות רוח ותאים סולריים, נוכל להחליף חלק ניכר מן הדלק המחצבי המשמש היום כדי להזרים חשמל ברשת. התפתחות כזאת, המלווה בשימור מושכל של הסביבה, תשאיר די והותר אנרגיה למגזר התחבורה, אותו מגזר של המשק שניצול הדלק שלו גרם לנו מלכתחילה לדאוג בנוגע למימן.

‏‏סקירה כללית / משק מימן

  • יעילותו של תא דלק חשמלי המבוסס על מימן להנעת כלי רכב גבוהה פי שניים בערך מיעילות מנוע בעירה פנימית לכל יחידה אקוויוולנטית של דלק. ובניגוד למנועים הרגילים תאי הדלק האלה פולטים רק אדי מים וחום.
  • ואולם מימן אינו מצוי בטבע בצורתו החופשית ולכן הפקתו תלויה במקורות האנרגיה הקיימים היום. מקורות האנרגיה להפקת מימן הם לפיכך יקרים ולא זמינים (ובכלל זה מקורות מתחדשים כמו אנרגיה סולרית, אנרגיית הרוח או מקורות הידרו-אלקטריים), או שהם מייצרים גם גזי חממה בלתי רצויים (פחם וסוגי דלק מחצבי אחר).
  • בסופו של דבר ייתכן שמימן אינו תרופת הפלא לכול, אם כי הוא עשוי להתאים ליישומים מסוימים, שתחבורה אולי אינה אחד מהם.

ועוד בנושא

The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs. National Academies Press, 2004
The Hype about Hydrogen. Joseph J. Romm. Island Press, 2004

דפי אינטרנט העוסקים במימן בהוצאת הלשכה לנצילות אנרגיה ולאנרגיה מתחדשת במשרד האנרגיה האמריקני: www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/

ביבליוגרפיה:
כותר: משק המימן בסימן שאלה
מחבר: וולד, מתיו ל'
תאריך: אוקטובר - נובמבר 2004 
שם כתב העת: סיינטיפיק אמריקן ישראל
עורכי כתב העת: אייזנברג, אלי  (ד"ר) ; מנס, אלכסנדר  (ד"ר)
הוצאה לאור: אורט ישראל. המינהל למו"פ ולהכשרה
הערות: 1. סיינטיפיק אמריקן ישראל יוצא לאור על ידי אורט ישראל, וביוזמתו של הרצל לאור.
הערות לפריט זה: 1. מתיו ל' וולד (Wald) הוא כתב בניו יורק טיימס, שם הוא מסקר נושאי אנרגיה מ-1979. בין היתר כתב על זיקוק נפט, כריית פחם, ייצור חשמל מפחם, גז טבעי, אורניום, אנרגיה מן השמש ומן הרוח, כלי רכב חשמליים ומשולבים, זיהום אוויר וניצול אנרגיה. הוא מוצב כעת בבירה וושינגטון שם הוא כותב גם על בטיחות בתחבורה ועל נושאים טכניים אחרים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית