חוקרים בטכניון מכריזים על פריצות דרך: הפקת מימן ירוק ללא ממברנה – בדרך לייצור מסחרי

מאמר סקירה חדש ב־Nature Reviews Clean Technology מציג את טכנולוגיית DWE שפותחה בטכניון – אלקטרוליזה מפוצלת ללא ממברנה, שתאפשר הפקת מימן ירוק יעילה, בטוחה וזולה בהיקפים תעשייתיים

טכנולוגיה פורצת דרך להפקת מימן ירוק עבור שוק האנרגיה העתידי – בכך עוסק מאמר סקירה חדש בכתב העת Nature Reviews Clean Technology. המאמר סוקר שיטות חדשות לייצור מימן, שחלקן פותחו בטכניון על ידי פרופ' אבנר רוטשילד, פרופ' גידי גרדר, ד"ר חן דותן וד"ר אביגיל לנדמן. השיטות שפיתח צוות זה הובילו לייסודה של חברת H2Pro, המפתחת אותן לייצור מסחרי של מימן בתהליך חדשני המותאם לאנרגיות מתחדשות.

המחברים הראשיים של המאמר הם חוקרי הטכניון פרופ' אבנר רוטשילד והפוסט-דוקטורנט ד"ר גלן רואן מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. מחברים נוספים הם רותם ארד וגלעד יוגב מ-H2Pro, פרופ' מרק סיימס והדוקטורנטית פיונה טודמן מאוניברסיטת גלזגו, פרופ' ינס אולוף ינסן מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק וד"ר טום סמולינקה ממכון פראונהופר למערכות אנרגיה סולארית בגרמניה.

מימן ירוק מיוצר באלקטרוליזה – פירוק חשמלי של מים לחמצן ומימן. אלקטרוליזה קונבנציונלית מסתמכת על שתי אלקטרודות המופרדות ביניהן בממברנה ומפרקות את מולקולות המים ליסודות המרכיבים אותן, מימן וחמצן. מדובר בתהליך יקר הכרוך בזליגת מימן לעבר החמצן ואינו מותאם לתנודתיות המאפיינת אנרגיות מתחדשות כגון שמש ורוח. בנוסף, ממברנות הן מרכיב יקר במערכת, המצריך תחזוקה וטיפול יקרים.

פריצת הדרך הנסקרת במאמר נקראת DWE – הפקת מימן באלקטרוליזה מפוצלת המייצרת מימן וחמצן בתאים שונים או בזמנים שונים. התוצאה: הפרדה מוחלטת בין ייצור המימן והחמצן, ללא צורך בממברנה שתפריד ביניהם כמקובל בתהליכי אלקטרוליזה אחרים. לתהליך זה יש יתרונות מובנים מבחינת בטיחות, יעילות ועלות.

פרופ' מרק סיימס מאוניברסיטת גלזגו הוביל את הפיתוח הראשוני של אלקטרוליזה מפוצלת כבר ב-2013. שנתיים לאחר מכן, ב-2015, פרופ' רוטשילד ועמיתיו בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשה המבוססת על אלקטרודות מבוססות ניקל. פיתוח זה הוביל לרישום פטנט ולייסודה של H2Pro בשנת 2019. חברה זו עוסקת מאז בשיפורו של תהליך הפקת המימן ובהתאמתו לייצור בסדרי גודל מסחריים (scaling up). כיום נערכת H2Pro להתקנת מערכת ה- DWEהראשונה בעולם – מערכת שתתמודד בהצלחה עם התנודתיות המאפיינת מקורות אנרגיה מתחדשים. סקירה זו היא הראשונה המציגה בפרוטרוט את האסטרטגיות הישימות לפיתוח מערכות DWE בסדר גודל מסחרי. לעומת מערכות מודל מעבדתיות, המאפשרות ייצור של פחות מגרם מימן ביום, מערכות תעשייתיות יידרשו לייצר כטונה ביום – פי מיליון – ליחידה, ועל מנת לספק את הביקוש העולמי למימן יידרשו כמיליון יחידות כאלו, ואף יותר, בהתחשב בגידול הצפוי בשוק המימן.

בניגוד לטכנולוגיות הקיימות, שאינן מתאימות לעבודה עם מקורות אנרגיה תנודתיים כגון שמש ורוח, מערכת הייצור בשיטת DWE מתפקדת כמערכת אלקטרוליזה המצוידת בסוללה פנימית; כך היא ממסכת את התנודתיות בייצור החשמל המזין אותה ולכן היא מתאימה לעבודה עם מקורות אנרגיה מתחדשים.

שוק המימן עומד כיום על 250 מיליארד דולר בשנה, והמעבר לייצור מסחרי של מימן ירוק עשוי להגדיל סכום זה פי שניים ויותר בעשור הקרוב. לדברי פרופ' רוטשילד, "מימן ירוק צפוי לתפוס נתח של כ- 10% משוק האנרגיה הכללי בעתיד. ברגע שייצור מימן יתאפשר בקנה מידה מסחרי ובמחירים תחרותיים, המימן הירוק יחליף חלק גדול מהדלקים שבהם אנו משתמשים כיום בתחבורה הכבדה (משאיות, רכבות, אוניות ומטוסים) ובמגזרי תעשייה כגון ייצור פלדה, דשנים וחומרים אחרים. מערכות אלקטרוליזה מסורתיות דורשות פיתוח מחדש, אבולוציה, על מנת לעבוד עם מקורות אנרגיה מתחדשים, וכפי שדרווין אמר, באבולוציה לא החזקים ביותר הם אלה ששורדים אלא אלה המסתגלים באופן הטוב ביותר לשינויים בסביבה בה הם חיים. אני סבור ש- DWE מביאה בשורה חדשה ביכולת לייצר מימן ירוק ממקורות מתחדשים."

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• המימן בדרך
• שיטה זולה לייצור דלק מימן בעזרת ננו-צינורות פחמן
• למחזר ממברנה
• קטליזאטור לחמצון מים שמקורו מצמחים – אמצעי יעיל לייצור מימן
• ממברנה מהפכנית להתפלת מים