שפכי נהרות כמקור להפקת חשמל

נקודות מפגש בין מי נהר ומי ים יכולות לספק שפע של אנרגיה מתחדשת

ריו דה לה פלטה - שפך הנהרות אורגוואי ופרנה אל האוקיינוסז האטלנטי. צילום מהחלל. מקור: NASA Johnson Space Center.
ריו דה לה פלטה – שפך הנהרות אורגוואי ופרנה אל האוקיינוס האטלנטי. צילום מהחלל. מקור: NASA Johnson Space Center.

מאת אנני סנייד, הכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל 21.05.2017

המפגש בין נהרות ובין האוקיינוסים צופן בחובו הזדמנות גדולה: ההפרש במליחות המים הנוצר בגבול שבין המים המתוקים ובין מי המלח אוצר כמות גדולה של אנרגיה פוטנציאלית. אזורים של שפכי נהרות, למשל, עשויים לספק כ-40% מייצור החשמל העולמי, על פי הערכה.

מדענים מנסים במשך עשרות שנים לממש את הפוטנציאל הזה ולעשותו מקור שימושי לחשמל, ובמהלכן פיתחו כמה שיטות. אחת השיטות האלה מגיעה מן האוניברסיטה של מדינת פנסילבניה, שם הצליח כריס גורסקי, פרופסור להנדסה אזרחית, יחד עם עמיתיו, לפתח שיטה שלדבריהם תאפשר ייצור חשמל בסביבות אקולוגיות של מפגש בין מים מתוקים ובין מים מלוחים. לדבריהם, השיטה שלהם עשויה להיות יעילה וזולה מן השיטות שהוצעו בעבר. השיטה היא למעשה גרסה חדשה של תהליך הקרוי ערבוב קיבולי. המערכת פועלת במידה כלשהי כמו סוללה חשמלית: כמוה היא משתמשת באלקטרודות ומסתמכת על הפרש פוטנציאל אלקטרוכימי – אבל בניגוד לסוללה, מדובר במערכת פתוחה (ראו איור).

עד כה בחנו גורסקי וצוותו אב־טיפוס מעבדתי של המערכת, בגודל של טלפון נייד. החוקרים דיווחו במאמרם, שראה אור בכתב העת למדע ולטכנולוגיה סביבתיים, שהמתקן הפיק 0.4 ואט למטר מרובע: צפיפות הספק כפולה מזו שהשיגו מחקרים קודמים שעסקו בערבוב קיבולי. החוקרים צריכים עכשיו להגביר את ייצור החשמל, להוכיח שהמערכת שלהם יעילה בהשוואה לעלות שלה ושאפשר להגדיל את ממדיה (תחנת כוח אמיתית תהיה בגודל של מחסן). הם יצטרכו גם לחקור את ההפרעות האקולוגיות שמערכת כזאת עלולה לגרום, מפני ש"סוללת הנהר" הזאת תחייב הזרמה של כמויות מים גדולות.

אנתוני סטראוב, כימאי ומהנדס סביבתי מאוניברסיטת ייל ומדענים אחרים מפקפקים באפשרות לבנות מערכת יעילה במפגש נהר-ים. הם טוענים שטכנולוגיות כמו זו שמציע גורסקי עשויות בסופו של דבר לפעול רק במקומות שבהן ההפרשים בריכוזי המלח גדולים ביותר, כמו באגמים מלוחים מאוד, בבארות גאותרמיות או במתקני טיהור שפכים. אבל אם המערכת תוכיח את עצמה כמעשית וכבטוחה, היא תוכל להצטרף יום אחד אל מקורות אנרגיה מתחדשים אחרים, כמו אנרגיות השמש והרוח.

כיצד פועלת סוללת הנהר

תרשים: מתוך המאמר - Harvesting Energy from Salinity Differences Using Battery Electrodes in a Concentration Flow Cell.
תרשים: מתוך המאמר – Harvesting Energy from Salinity Differences Using Battery Electrodes in a Concentration Flow Cell.

1. מי מלח ומים מתוקים נשאבים אל שני צדיו המנוגדים של התא החשמלי, ואליהם מוכנסות אלקטרודות העשויות מן החומר נחושת הֶקסָה-ציאַנוֹפֶרַאט (CuFe(CN)6). נייר סינון מונע ככל האפשר ערבוב בין הצדדים.

2. האלקטרודה בצד של המים המתוקים מכילה מראש נתרן. בנוכחות מים, הברזל המצוי באלקטרודה מגיב בתגובה כימית המשחררת במקביל יוני נתרן למים ואלקטרונים הנעים במעגל החשמלי.

3. בצד של מי המלח, מגיב הברזל באופן הפוך: הוא מגיב עם יוני נתרן וקולט אלקטרונים המגיעים מן הצד של המים המתוקים. שתי התגובות הכימיות האלה מצומדות, וכשהאלקטרונים נעים במעגל נוצר זרם חשמלי.

4. בכל 60 שניות התמיסות מתחלפות (כעת, מי מלח מוזרמים לצד המתוק ולהיפך), וכך הזרם החשמלי נשמר.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן