חוקרים מהמחלקה למדעי הכימיה באוניברסיטת אריזונה, ארה"ב, מנסים להביא למהפכה תפיסתית בדבר אנרגיה מתחדשת
דר. משה נחמני
חוקרים מהמחלקה למדעי הכימיה באוניברסיטת אריזונה, ארה"ב, מנסים להביא למהפכה תפיסתית בדבר אנרגיה מתחדשת. המדענים עורכים מחקר שמטרתו להכין תאי-שמש גמישים ודקיקים שיוכלו לספק חשמל לאוהל או להטעין את הרכב שלנו בזמן שהוא בחניה. "השמש נקייה וחופשית. למה לא להשתמש בה?" תוהה החוקר הראשי.
בכל רחבי האוניברסיטה, פרופסורים, מדענים, סטודנטים ואחרים המעורבים בתכנון מדיניות וניתוח כלכלה פועלים לשם העלאת שאלה זו לדיון ציבורי. בשטח האוניברסיטה, בו אור השמש נפוץ ועוצמתי, הם מנסים להתמודד עם בעיות כגון: כיצד לנצל אנרגיה סולארית בקנה-מידה תעשייתי, כיצד להשתמש בה כדי להטעין מוצרים חשמליים זולים כטלפונים ניידים, מחשבים נישאים ונגני מוסיקה, ומה לעשות בשעות הלילה או כאשר השמיים מכוסים עננים.
"ההתענינות באנרגיה מתחדשת הינה מקום מושלם להוכיח כי איננו יודעים היכן תתרחש פריצת-הדרך הבאה," אמר Leslie P. Tolbert, סגן נשיא למחקר באוניברסיטה. "היכן שהוא, במעבדה כלשהי, נמצא מישהו שמגלה דרך חדשה לחלוטין ללכוד אור שמש. למעשה, ישנם אנשים רבים המבצעים זאת בדיוק. ואפילו הם מסתמכים על צוות חוקרים במדעים הבסיסיים שהפיקו מידע חדש שיזין את מחשבותיהם."
מאז היותו סטודנט בתחילת דרכו, במהלך חרם הנפט הערבי הראשון בשנת 1973, החוקר Armstrong היה עד לשורת קריאות מצוקה של הממשל בנוגע לתחום האנרגיה. אחת מאותן קריאות הובילה אותו לגלות את המחקר של שני חוקרים בגרמניה. הם הבינו כיצד לקבע פרודות צבע על משטחי תחמוצות מתכת ולפרק מים באמצעות קרינת השמש. "חשבתי לעצמי, זה בדיוק זה – זה מה שאני הולך לעשות בקריירה שלי מעתה ואילך."
הקריאה הבאה הגיעה אליו לפני ארבע שנים. "המשרד לאיכות הסביבה התחיל לחוש שהקרקע בוערת תחת רגליו, ובגדול," מסביר החוקר. "והם היו מודאגים שהם אינם יודעים מה לעשות בדיוק – כיצד להציג את הבעיה לקונגרס בדרך שתוביל למימון נוסף ותהווה תחום מחקר חשוב."
ארמסטרונג הבין שהגיעה העת לחזור לבעיה שאותה הוא רצה לחקור לפני שלושים שנים. "כעת, אנו מצוידים כראוי," הוא מציין. "למדנו כיצד לדמות פרודות ברמה המולקולארית, כיצד למדוד אנרגיות של משטחים דקים, כיצד להכין התקנים וכיצד לשתף פעולה עם פיסיקאים וחוקרים ממדעי-החומרים."
במשרדו, המדען מציג דוגמא ממחקרו: משטח זכוכית ריבועי בגודל של שני סנטימטרים ומחצה שעליו ספוחה שכבה דקיקה של תחמוצת בדיל-אינדיום, תחמוצת שקופה מוליכה הנפוצה במשטחי תצוגה כגון צגי מחשב. על שכבה זה קיימת שכבה דקיקה של חומר-צבע אורגני. השכבה החיצונית הינה אלקטרודת חמרן (אלומיניום).
"כך שיש לך גליל פלסטיק המכיל תאי-שמש בצידו החיצוני. הרעיון הוא שתוכל ללכת לכל רשת חנויות גדולה ולקנות את הגליל הזה. בשלב הבא תוכל פשוט לפרוש אותו על כל משטח, כגון חלון, גגון, הרכב שלך או אפילו הבגדים שאתה לובש. הוא מכיל שני חוטי-חשמל הקשורים אליו ויכולים להתחבר לסוללה או למחשב הנייד שלך ולהטעינם."
"העובי הכולל הוא כארבע מאות ננומטרים בקירוב בלבד. ועדיין, אם תקרין עליו אור תוכל לקבל מתוכו חשמל. כעת, אנו מעוניינים להקטין עוד את עוביו זה. אנו נדרשים להקטין את עוביים עוד יותר כדי לקבל את מירב האנרגיה החשמלית האפשרית. אולם, אם אתה חושב על זה כעין מבנה של כריך, הצלחנו להכין כריך דקיק ביותר כאשר כל אחת מהשכבות הקשורות האחת לרעותה חייבת להיות מדויקת מבחינת ההרכב הכימי, כיווניות הפרודות וחוזק קיבוען למשטחים השונים.
הציוד הקיים היום – מיקרוסקופים אופטיים המסוגלים ל"הראות" פרודות פרטניות ולחשוף את תכונותיהן האלקטרוניות והכיווניות המרחבית שלהן – מסייע לצוות המחקר שלו לקבל הבנה מקיפה יותר. המטרה העליונה שלהם הינה להבין כיצד לגרום לפרודות לארגן את עצמן – פעם אחר פעם – בדרך שתספק את מירב החשמל האפשרי. "הן צריכות כולן להסתדר כעין מסדר חיילים מאורגן ביותר."
ספקטרומטר פוטו-חשמלי בואקום גבוה מאפשר לחוקרים לבנות כל שכבה ושכבה מולקולארית, להזיז אותה בואקום לשם בחינתה ואז להמשיך עם שכבה נוספת. כלים נוספים, כגון מיקרו-חוד מסיליקון, הנראה כעין מחט של פטיפון, יכול לפעול ברמת דיוק של פלוס/מינוס 0.01 ננומטר. "דיוק שהוא בתוך קוטרה של פרודה יחידה," מסביר החוקר. העברת לייזר דרך החוד מסוגלת לספק תמונה, ובאמצעות העברת זרם חשמלי דרך החוד החוקרים מסוגלים למפות את התכונות האלקטרוניות של הפרודות. כלים אלו, יחדיו, מאפשרים לחוקרים להכין תבנית לשם יצירת המבנה המיטבי של סידורי הפרודות השונות.