ידענים: דלק מימן

מאת 5 במרץ 2016 10 תגובות

מערכת שפותחה בטכניון מציגה נצילות חסרת תקדים בהפקת מימן ממים באמצעות אנרגיית שמש

 

פוטוקטליסט ננומטרי המורכב מנקודה קוונטית (בירוק) המוטמעת בננו-מוט (בצהוב) שבקצהו השני חלקיק פלטינה (סגול). באדיבות דוברות הטכניון

פוטוקטליסט ננומטרי המורכב מנקודה קוונטית (בירוק) המוטמעת בננו-מוט (בצהוב) שבקצהו השני חלקיק פלטינה (סגול). באדיבות דוברות הטכניון

כתב העת Nano Letters מדווח על תפנית דרמטית בתחום של הפקת דלק מימן: נצילות של 100% בתהליך ההפקה. פריצת הדרך התרחשה במעבדתה של פרופ'-משנה לילך עמירב מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך, ותמציתה: קפיצה משמעותית מ-60% ל-100% – בייצור דלק מימן על ידי פירוק מים באמצעות אנרגיית שמש.

דלק מימן נחשב למקור אנרגיה מבטיח בעיקר משום שהוא מופק ממים, הזמינים תמיד, ולכן אינו כרוך בבעיות פוליטיות וכלכליות המאפיינות את שוק האנרגיה המסורתי; ומפני שבניגוד לדלקים מחצביים (בנזין וכיו"ב), השימוש בו אינו מזהם. זו הסיבה שארה"ב לבדה משקיעה מיליארדי דולרים בתוכניות כגון Hydrogen Fuel Initiative, המעודדות פיתוח טכנולוגיות לייצור מימן. יתר על כן, תהליכים פוטוקטליטיים אלה, שבהם מפורקים מים למימן ולחמצן, רלוונטיים גם לתחומים אחרים ובהם המרת אנרגיה וטיהור מי שפכים.

עם זאת, אילוצים רבים מקשים על פיתוחם של תהליכי פוטוקטליזה יעילים המקיימים את התנאים הבסיסיים הבאים: קליטה מיטבית של קרינת השמש על ידי החומר הקטליטי; פירוק יעיל של המים לחמצן ולמימן ללא מפגש ביניהם (העשוי להוביל לפיצוץ), ויציבות של המערכת כך שלא תאבד את יעילותה במהלך הזמן.

פרופסור משנה לילך עמירב. צילום: דוברות הטכניון

פרופסור משנה לילך עמירב. צילום: דוברות הטכניון

כעת, כאמור, מדווח כתב העת Nano Letters על פריצת דרך שהושגה במעבדתה של פרופ'-משנה לילך עמירב, חברת סגל בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך וחברה במכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי ובתוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון. בשעה שרוב המאמץ המחקרי בעולם נעשה בנתיב האמפירי – ניסוי וטעייה בחומרים שונים ובדיקת יעילותם – במעבדתה של פרופ'-משנה עמירב מפותחים חומרים קטליטיים על סמך איפיון מדויק של החומר ברמת החלקיק הבודד. כך פותחו במהלך השנים חומרים מלאכותיים מתקדמים המתאימים למשימה הפוטוקטליטית באופן אופטימלי. המערכת החדשה המוצגת במאמר הנוכחי מוכיחה שהמאמץ השתלם; מערכת זו, שבמרכזה פוטוקטליסט ננומטרי הפועל בסביבה בסיסית מאוד, שובר את כל המוסכמות הקודמות באשר לניצולת מקסימלית ומפיק 360,000 מוֹל מימן לשעה לכל מוֹל של קטליסט.

המערכת בנויה משני מוליכים למחצה, הערוכים כחלקיק ננומטרי זעיר (נקודה קוונטית) מחומר אחד, שתול באופן לא סימטרי בתוך החומר השני שצורתו מוט ננומטרי, ובקצה המוט חלקיק פלטינה. לנקודה הקוונטית יכולת למשוך ולאגור מטענים חיובים. כאשר המערכת מושרית במים ונחשפת לאור שמש, הננו-מוט קולט פוטונים (אור) ומשחרר מטענים. האלקטרונים (מטען שלילי) מצטברים בחלקיק הפלטינה, בעוד שמטענים החיוביים נצברים בנקודה הקוונטית. ההפרדה הפיסית בין המטענים הללו היא המפתח להצלחת המערכת. האלקטרונים אחראים לחיזור, הראקציה שמייצרת מימן מהמים. כשמולקולת מים נשברת משתחרר יון מימן טעון חיובית. כאשר שני יונים כאלה מגיבים עם שני אלקטרונים, על גבי הפלטינה, הם חוברים יחד ליצירת מולקולת מימן. את יעילות התוצאה, כאמור, היא נצילות של 100% בתהליך זה, כלומר כל שני פוטונים יצרו מולקולת מימן, ללא אובדנים, יעד שנחשב עד כה בלתי אפשרי למימוש.

10 תגובות ל “לשבור את המים”

  1. חיים

    אולי ההמרה התיאורטית 100% אבל ההפקה נמוכה יותר. בפיסיקה מעשית אין 100%. אבל אם התגלית מייצרת נצילויות כל כך גבוהות, גם עם מתכות יקרות הדבר כדאי מבחינה כלכלית. השימוש במירכוז, מקטין את שטח הקליטה ומוזיל עלויות.
    ההערכה כפי שנראה מההסבר, כי אין אפשרות לייצר שטחים גדולים לקליטת אור ולכן יש להשתמש בטכנולוגיות נוספות ליישום ההמצאה.

  2. א

    אם הקולטים יהיו מפלטינה הם לעולם לא יהיו זולים ולא משנה כמה זמן יעבור. להפך הביקוש למתכת הנדירה יעלה וגם המחיר.

  3. ירון

    קולטים המציעים נצילות 100% בסוף הטכנולוגיה תהיה זמינה במחיר נמוך. ננו אלקטרודות בגידול מוליכים למחצה, זו טכנולוגיה יקרה. מוליכים למחצה גליום ארסני במקום סיליקון -יקר.
    רכב חשמלי ינוע במימן כן. החיסרון העיקרי – מימן הוא גז שתופס נפח אדיר בהשוואה לדלק. אני לא רואה מדחס קטן שדוחס את הגז ברמת רכב.
    לכן – אולי לא מדובר בטכנולוגיה ביתית אלא תעשייתית. חוות סולריות.

  4. א

    אני מדבר על עלות הרכישה אפילו אם חד פעמית. יהיה צורך בכמות גדולה מאוד של קולטים כדי לספק חשמל נגיד לעיר. אם המחיר יהיה גבוה מידי יעדיפו להשתמש בטכנולוגיה יעילה פחות. מה שאומר שכמעט לא יהיה תועלת בהמצאה.

  5. א

    מעניין רק מה עלות הטכנולוגיה, יש בדרך כלל בעיות עלות לחומרים שמכילים פלטינה. כמובן שתלוי בכמות הפלטינה שצריך. בכל מקרה לפי מה ששמעתי הפלטינה זה אחד הסיבות שתאי דלק על מימן יקרים מאוד עדיין.
    ממש מבאס שאת החומרים שהכי צריך יש בכמות קטנה מידי בטבע

  6. משה

    מעניין אם נוכל להמיר את הרכב הקונבציונאלי למימן (כפי שעושין עם הגאז דיומא).
    (ובלי קשר, מעניין אם יאפשרו למכוניות קונבציונאליות להפוך לאוטונויומיות)
    (( וממש בלי שום קשר: מעניין אם נצליח לעצבן [או להעליב] את הרכב האוטונומי שלנו {שיונע ע״י מימן} ))

  7. יוסי

    לאחרונה נראים בטכניון פרופסורים ילדים, בני כ-30 פלוס עם כמות מאמרים שמאתגרת שם את הפרופסורים בעלי וותק 30 שנה בטכניון. זה סימן מעודד. לא בגלל הלאה המבוגרים – אדם פורה זכותו ליצור גם אם שיעור מאמריו פוחת, והנבונים מבין אלה מחזיקים קבוצות מחקר. אלא שאין חסימה בגלל מספר התקנים לחוקרים צעירים.
    למשל פרופסור יואש לברון מחשמל, ופרופסור נתנאל לינדר והרשימה לא קצרה.
    יש שם תכנית מסודרת בשם I-core Israeli Excellence – מישהו במשרד המדע התעורר לפני כמה שנים ומדד את שיעור ההתקדמות של ישראל בהשוואה למדינות מסביב ולעולם וראה תמונה מדאיגה.
    כתוצאה נפתחו מרכזי מצויינות שמאתרים דוקטורנטים מחוננים ונותנים להם מה שיקבלו בחו"ל, פרופסורה לפי שיעור המאמרים שפירסמו ולא בגיל 60 כמו בעבר. ומשרת מחקר בגיל צעיר. כנ"ל גם האקדמיה הצעירה למדעים שהיא פרוייקט מבורך.לא כל מה שנעשה במשרד המדע ראוי לגינוי, וכשיש מקום לביקורת חיובית אני נותן. אגב שר המדע אקוניס, בענייני מדע משפר תדמיתו לכיוון רצינות.

הוספת תגובה

  • (will not be published)