חוקרים ישראלים פיענחו מנגנון חדש בתהליך הקשור להפקת מימן באמצעות אנרגיה סולרית

התגלית מקדמת את המאמץ לפתח דרכים חדשות לייצור דלק מימני ממים; ממצאי המחקר משנים את התפיסה הרווחת ומתווים דרך חדשה באמצעותה ניתן יהיה להנדס את תהליך פיצול המים באופן יעיל וחסכוני

דלק מימן. איור: shutterstock
דלק מימן. איור: shutterstock

מחקר חדש שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature Communications מציג פריצת דרך בחקר מנגנון הפעולה של פוטו-אלקטרודות לפיצול מים לטובת הפקת מימן. צוות חוקרים בראשות דר' אריק יוכליס ודר' איריס ויסולי-פישר מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב ופרופ' אבנר רוטשילד מהטכניון פיענחו לראשונה את המנגנון הכימי המתרחש בעת פיצול פוטו-אלקטרוכימי של מי-חמצן (H2O2) על פני פוטו-אלקטרודות מתחמוצת ברזל.

חברות הרכב משקיעות מאמצים רבים לפתח רכבים המונעים בדלק מימני שנחשב יעיל וידידותי לסביבה ובניגוד לרכב חשמלי, מאפשר תדלוק מהיר וטווח נסיעה ארוך. על מנת להפיק מימן בדרך נקייה שאינה פולטת גזי חממה, יש צורך בפיצול מולקולות מים(H2O) ליסודות שמהם הן מורכבות: שני אטומי מימן (H2) ואטום חמצן (O) אחד. אולם, תהליך זה כרוך בשימוש במתכות יקרות לזירוז התגובה הכימית והשקעת אנרגיה חשמלית רבה, ולכן הוא אינו משתלם מבחינה כלכלית ואנרגטית.

דרך חלופית להפקת מימן ממים נעזרת באנרגיה שבאור שמש כתחליף לאנרגיה החשמלית, כשפיצול המים למימן וחמצן מתבצע בתא שמש פוטו-אלקטרוכימי. בליבו של התא נמצאת פוטו-אלקטרודה הבולעת את קרינת השמש וממירה אותה לאנרגיה כימית, האגורה במימן שנוצר בתהליך. לשם כך, יש צורך בפיתוח חומרים מוליכים למחצה מיוחדים בעלי עמידות גבוהה בתנאי סביבה קורוזיביים, תנאים הגורמים למרבית החומרים להתפרק בעצמם. למרבה האירוניה, אחד החומרים המבטיחים ביותר לשימוש זה הוא תרכובת של תחמוצת ברזל המהווה מרכיב מרכזי בחלודה. חומר זה משלב מספר תכונות המצביעות על יכולת פוטנציאלית לשמש כפוטו-אלקטרודה לפיצול מים, אך הדרך לפיתוח טכנולוגיה לייצור מסחרי של מימן בשיטה זו עדיין רחוקה והיא טומנת בחובה שאלות מדעיות בסיסיות ואתגרים הנדסיים.

אופק הסתכלות חדש על תגובות פוטו-אלקטרוכימיות

ראשית המחקר בניסויים שנערכו במעבדתו של פרופ' אבנר רוטשילד על ידי החוקר דר' חן דותן מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון, בהם התקבלו תוצאות מפתיעות שעמדו בסתירה לסברה הרווחת בנוגע למנגנון הפעולה של פוטו-אלקטרודות. לאחר בחינה נוספת של התוצאות במעבדתם של פרופ' רוטשילד ושל דר' איריס ויסולי-פישר מהמכונים לחקר המדבר ע"ש בלאושטיין באוניברסיטה, ופיתוח מודל עיוני על ידי דר' אריק יוכליס ופוסט-דוקטורנט דר' יותם אביטל, מצאו יחד צוות החוקרים שיש צורך במספר אתרי תגובה המתקשרים ביניהם באינטראקציה הדדית המובילה לפירוק מולקולות מי-החמצן במים. ממצאי המחקר משנים את התפיסה הרווחת ומתווים דרך חדשה באמצעותה ניתן יהיה להנדס את תהליך פיצול המים באופן יעיל וחסכוני.

"מעבר לפריצת הדרך המדעית, הראנו שמנגנון התגובה שייך למשפחה חשובה של תגובות כימיות שעבורן ניתן פרס נובל לכימיה לפרופ' גרהרד ארטל (Gerhard Ertl) לפני כעשור" מסביר מוביל המחקר דר' אריק יוכליס מהמכונים לחקר המדבר ע"ש בלאושטיין והמחלקה לפיסיקה באוניברסיטת בן-גוריון. "תגלית זו פותחת אופק הסתכלות חדש על תגובות פוטו-אלקטרוכימיות".

המחקר נערך בתמיכת מענקי מחקר מאת משרד התשתיות הלאומיות, האנרגיה והמים, ומשרד המדע.

קישור למאמר

עוד בנושא באתר הידען:

צעד חשוב בדרך לדלק מימן

ייצור דלק מימן בהשראת הפוטוסינתזה בטבע

ביקוע מים בעזרת אנרגית השמש יסייע בהפקה יעילה של דלק מימן

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

4 תגובות

  1. איציק.
    צר לי לאכזב אותך, מה שאתה מתאר לא אפשרי בעליל.
    כמות האנרגיה הסולרית שמקבלת תחנת דלק ממש לא תספיק כדי לתדלק כמות רכבים שעוברת בתחנת דלק.
    וזה גם אם יצליחו להמיר 100 מאנרגית השמש לפירוק מים (ואם נתעלם גם מהאנרגיה הדרושה לדחיסה של המימן)

    כשקוראים הרבה על פיתוחים טכנולוגים לפעמים יש הרגשה שאין סוף להתפתחות הטכנולוגית האפשרית. אבל האמת היא כואבת, יש גבולות פיזיקלים שאי אפשר לחצות.
    אנרגיה היא אחת הנקודות האלה.
    אנרגיה לנצח יהיה משאב מוגבל שתמיד מצטער לחסוך בו.
    (אפילו היתוך מבוקר שהיה פעם חלום למקור אנרגיה אין סופי בחינם. ברור היום שגם אם יתאפשר זה יהיה רק במתקני ענק יקרים מאוד לבניה ולתפעול, ובטח לא ייצרו חשמל בחינם )

  2. נראית לי דרך נהדרת ליצור ולאגור אנרגיית שמש בשעות האור, ולהשתמש בה באותו אתר ביעילות בשעות הצריכה. כך לא צריך להזרים את האנרגיה לרשת בזמן הייצור ואז לשלם לחברת החשמל על צריכה בשעות אחרות. גם לא צריך להתעסק בהובלה יקרה ומסובכת של המימן למקומות אחרים.

  3. אני אישית מאמין שלא יהיה צורך בסופו של דבר ברכב מימן.
    נראה לי שסוללות חשמליות ישתפרו בשנים הקרובות מספיק כדי לייתר את הצורך במימן שהוא פתרון מסורבל יותר ומעלה שאלות של בטיחות לא פשוטות (גם אם ניתנות לפתרון)

    גם סוללות צריכות להתגבר על כמה אתגרים כדי להחליף לגמרי את הדלקים המזהמים.
    בעיקר צפיפות אנרגטית ומהירות הטענה בלי פגיעה בבטיחות. (בנוסף יש אתגרים נוספים כמו שיפור אורך חיים הוזלה של המחיר והפחתת טביעת אצבע אקולוגית בייצור ובסוף חיי הסוללה )

    אבל עם כל האתגרים שיש נראה לי שהם יפתרו לפני הבעיות של תאי דלק מבוססים מימן. לסוללות יש גם יתרונות נוספים כמו האפשרות להטענה בחניה ביתית.
    וזה שמדובר בטכנולוגיה שכבר עכשיו קיימת במכוניות בייצור סידרתי (דבר שמימן מאוד רחוק ממנו)
    טכנולוגיית מימן סובלת מחיסרון גדול נוסף והוא הצורך בהשקעה אדירה בתשתיות. יש צורך בבניית מפעלים לייצור מימן ובניית תחנות תדלוק. נראה לי שזול בהרבה להוסיף בתחנות דלק קיימות עמדות טעינה (בהתחלה מעט עמדות ועם הזמן יוסיפו עוד על חשבון עמדות תדלוק) מאשר להתאים תחנת דלק לתידלוק מימן עם כל מערכות הבטיחות הנוספות שידרשו.

  4. יום אחד כל מה שיצטרכו תחנות הדלק זה להיות מחוברות לרשת המים, ההפרדה תתרחש במקום לפי הצורךוהם גם ירוויחו ממכלי החמצן שימכרו.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן