מהי אנרגייה מתחדשת ומהי אנרגייה מתכלה? מהם מקורותיה של זו ומהם מקורותיה של האחרת? כיצד ממיינים בדרך כלל את מקורות האנרגייה ואיך אפשר לחלקם חלוקה שונה?
כתב: ד”ר נצח פרביאש, סמנכ”ל פארק קרסו למדע
מתוך גליליאו צעיר לגיליון דיגיטלי מתנה לחצו כאן
אחד הנושאים המרכזיים בשיח על איכות הסביבה הוא שימוש מושכל באנרגייה, ובעיקר באילו מקורות אנרגייה אנו משתמשים. נהוג להפריד את מקורות האנרגייה לאלה שמתחדשים ולאלה שאינם מתחדשים, ומעודדים אותנו לעבור לשימוש במקורות אנרגייה מתחדשים למען איכות הסביבה. מהם אותם מקורות אנרגייה? ואיך הם קשורים לכוכבים?
ממיינים מחדש
כאמור, ממיינים את מקורות האנרגייה למקורות מתחדשים ולמקורות מתכלים. במקורות המתכלים כלולים בעיקר דלק מאובנים (פחם, נפט וגז טבעי) ואנרגייה גרעינית שמקורה באיזוטופים בקיעים. במקורות המתחדשים נמצאת אנרגיית מים (באמצעות סכרים למשל), אנרגיית רוח, אנרגייה סולרית, הפקת אנרגייה מיצורים חיים (כגון צמחים) או תוצריהם, אנרגייה גאותרמית שמקורה במאגר החום הפנימי של כדור הארץ, ואנרגיית גאות ושפל – תוצאה של כוחות הכבידה של הירח והשמש.
עכשיו נמיין את מקורות האנרגייה מחדש לשתי קבוצות אחרות עם מכנים משותפים אחרים. בקבוצה הראשונה: הדלקים המאובנים (פחם, נפט, גז טבעי), אנרגיית הרוח, האנרגייה הסולרית, הפקת אנרגייה מיצורים חיים ותוצריהם ואנרגיית מים. בשנייה: האנרגייה הגאותרמית והאנרגייה הגרעינית. מה ההיגיון במיון הזה?
מקורות האנרגייה שבקבוצה הראשונה תלויים במקורם בתהליך המתרחש בליבת השמש, תהליך שכמעט לא נראה מעולם על פני כדור הארץ – מיזוג (היתוך) גרעיני.
מהו מיזוג גרעיני?
כדי להבין מהו מיזוג גרעיני, נפנה לחלקיקים הקטנים ביותר המרכיבים את היסודות: האטומים. האטומים קטנים כל כך שבכל פעם שאנו מזילים דמעה, עוזבים את גופנו הרבה־הרבה יותר אטומים ממספר בני האדם שחיים בכדור הארץ (בכל דמעה יש כאלף מיליארד מיליארדי מולקולות מים; כל אחת מהן מורכבת משלושה אטומים: שני אטומי מימן ואטום חמצן)!
כשהטמפרטורות גבוהות מספיק מתרחש מיזוג גרעיני, ובו, בתהליך ארוך ומורכב, אטומים של יסוד קל מתחברים והופכים לאטומים של יסוד כבד יותר. בעיקר מדובר במימן שהופך להֶליוּם. מתברר שבתהליך המיזוג הגרעיני חלק מהמסה המקורית “נעלם”.
מה גילה איינשטיין?
אלברט איינשטיין, מגדולי המדענים בהיסטוריה, הבין את הקשר בין המסה לאנרגייה וניסח אותו במשוואה הידועה E=mc². המשוואה ממחישה שאם ממירים חומר בעל מסה (m) לאנרגייה (E), מתקבלת אנרגייה רבה מאוד.
הקשר בין כמות החומר לאנרגייה הוא ריבוע מהירות האור (c²), כלומר 300,000,000X300,000,000 (כל אחד משני המספרים הוא ביחידות של מטרים בשנייה). זהו מספר עצום! זה התהליך שבאמצעותו כוכבים, ובהם השמש שלנו, מפיקים אנרגייה.
האנרגייה העצומה הנוצרת עוברת בתהליכים מורכבים מליבת הכוכב החוצה אל שפת הכוכב, וממנה נפלטת אל החלל כקרינה אלקטרומגנטית (אור וכן סוגי קרינה שהעין אינה מבחינה בהם, כמו על־סגול ותת־אדום). אנחנו רואים את הקרינה הנפלטת כאור השמש.
צמחים שהפכו לפחם
מי שיודעים ללכוד את אנרגיית האור המגיע מהשמש בתהליך כימי שבסופו מתקבלים סוכרים הם חיידקים, אצות וצמחים בעלי יכולת לבצע פוטוסינתזה. הם ממירים את האנרגייה שמקורה בשמש לאנרגייה כימית זמינה לאדם: כשאנו אוכלים צמחים אנו מקבלים סוכרים שדרושים להנעת גופנו; גזעי עצים וענפים יכולים לשמש חומר בערה להסקה, ועוד.
התהליכים שנוצרים בהם פחם, נפט וגז טבעי נמשכים מיליוני שנים. צמח צומח בקצב מהיר יותר, ובמקום כל עץ שנכרת לשימוש אפשר לשתול חדש
צמחים שצמחו על כדור הארץ לפני מיליוני שנים נקברו מתחת לשכבות אדמה, ובתנאים מתאימים הפכו לפחם. נפט וגז טבעי מקורם בשרידי יצורים ימיים, כמו פלנקטון ואצות, שהצטברו בקרקעית האוקיינוסים במשך מאות מיליוני שנים. עם הזמן, ובחום ובלחץ רב, התרחשו שינויים כימיים ששינו את שיירי היצורים האלה לנפט או לגז.
מי מרים את המים אל הסכרים?
ראינו שנפט, גז טבעי, פחם או עץ מקורם באותו תהליך היתוך גרעיני בליבת השמש. אם כן, מדוע עץ נחשב מקור אנרגייה מתחדשת, והאחרים – מקורות מתכלים? התשובה טמונה בקצב התהליך. התהליכים שנוצרים בהם פחם, נפט וגז טבעי נמשכים מיליוני שנים. צמח צומח בקצב מהיר יותר, ובמקום כל עץ שנכרת לשימוש אפשר לשתול חדש.
ומה הקשר בין השמש לשאר מקורות האנרגייה? במקרה של האנרגייה הסולרית, אשר ממירים בה ישירות את אור השמש לחום או לאנרגייה חשמלית, זה ברור. אבל כשמדובר במים שנאגרים מאחורי סכר גדול ותוך כדי נפילה מגובה מייצרים חשמל, היכן השמש נכנסת לתמונה? בתשובה לשאלה: מי הרים את המים לגובה העננים ואִפשר ירידת גשם, אותו גשם שמילא את הסכר ואִפשר את התהליך? זוהי השמש, המאדה את מי הימים וגורמת ללחות באוויר לעלות, ובסופו של דבר לרדת בחזרה לקרקע בצורת משקעים.
ומה בנוגע לקבוצה השנייה, ובה האנרגייה הגאותרמית והאנרגייה הגרעינית? אומנם הן אינן תלויות בשמש, אך הן קשורות ישירות בתהליך היצירה של מערכת השמש. לולא היו כוכבים בעבר מתפוצצים בסופורנובות, לא היו נוצרים חומרים בקיעים כבדים, כמו אורניום, שאנו משתמשים בהם למטרות הפקת אנרגייה…
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
אנרגיה הידרואלקטרית יוצרת בעיות רבות במסווה של אנרגיה מתחדשת – שינויי תוואי נהרות, הרס בתי גידול, הרס סביבה של שבטים (במקומות נידחים). לא ממש אנרגיה ידידותית לסביבה ולאדם. ניתן להשתמש בה אחרי בדיקה מאד מעמיקה שבד”כ לא נעשית