תאים סולריים, טורבינות רוח ודלקים ביולוגיים עומדים על סף הפיכתם למקורות אנרגיה של ממש. קביעת מדיניות חדשה תוכל להאיץ את התפתחותם באופן דרמטי
מאת דניאל מק'מן, סיינטיפיק אמריקן
אי אפשר לתכנן תכנית להפחתה ניכרת של פליטות גזי חממה בהסתמך רק על הגברת יעילותה של האנרגיה. מכיוון שהצמיחה הכלכלית מוסיפה להגביר את הדרישה לאנרגיה – יותר פחם להפעלת מפעלים חדשים, יותר נפט להנעת מכוניות חדשות ויותר גז טבעי להסקת בתים חדשים – שיעור פליטת הפחמן הדו-חמצני ימשיך לעלות על אף שהמכוניות, הבניינים ומכשירי החשמל המיוצרים כיום יעילים יותר מבחינת ניצול האנרגיה. אם ברצונה של ארצות הברית לתת מענה למגמת ההתחממות הגלובלית המדאיגה, עליה להתחייב ברצינות לפתח מקורות אנרגיה מתחדשת המשחררים מעט תרכובות פחמן או אפילו כלל לא.
טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת נכנסו פתאום לאופנה לזמן קצר לפני שלושים שנה, כתגובה על חרם הנפט של שנות ה-70, אך העניין והתמיכה בהם לא האריכו ימים. עם זאת, בשנים האחרונות חל שיפור דרמתי בביצועים ובכדאיות הכלכלית של תאים סולריים, טורבינות רוח ודלקים ביולוגיים – אתאנול ודלקים נוספים המגיעים מן הצומח – וסללו את הדרך למסחורם ההמוני. בנוסף ליתרונות הסביבתיים, מבטיחים מקורות האנרגיה המתחדשים להגביר את ביטחון האנרגיה של ארה”ב, בכך שיפחיתו את תלותה בדלק מחצבי מארצות אחרות. קרנן של החלופות המתחדשות עלתה גם כתוצאה מעליית מחירי הנפט והגז הטבעי ומאי יציבותם בעליל של מחירים אלה.
כיום יש הזדמנויות חסרות תקדים בתחום האנרגיה המתחדשת, כך שזוהי תקופה אידאלית לפיתוח אנרגיה נקייה למען הדורות הבאים. אך כדי לעמוד באתגר, תידרש השקעת משאבים מדעיים, כלכליים ומדיניים. על קובעי המדיניות ועל האזרחים לדרוש צעדים בכיוון, ולתבוע אלה מאלה להאיץ את המעבר.
תנו לשמש יד
תאים סולריים, הידועים גם בשם תאים פוטו-וולטאים, ממירים את אור השמש לזרם חשמלי בעזרת חומרים מוליכים למחצה. כיום הם מספקים רק פלח קטנטן מן החשמל בעולם: כושר הייצור העולמי שלהם עומד על 5,000 מגה-ואט, שהם 0.15% בלבד מכושר הייצור של סך כל המקורות. אך אור השמש היה יכול לספק פי 5,000 מן התצרוכת העולמית כיום. בזכות שיפורים טכנולוגיים, ירידה בעלויות ומדיניות אוהדת של מדינות רבות בעולם, עלה הייצור השנתי של תאים סולריים ביותר מ-25% לשנה בעשור האחרון, ובשיעור מרשים של 45% בשנת 2005 לבדה. יצרני התאים הוסיפו ב-2005 1,727 מגה-ואט לכושר ייצור החשמל העולמי, מתוכם 833 יוצרו ביפן, 353 בגרמניה ו-153 מגה-ואט בארה”ב.
כיום אפשר לייצר תאים סולריים ממגוון חומרים, החל מi הפרוסות המסורתיות של סיליקון רב-גבישי, שעדיין שולטות בשוק, וכלה בתאים משכבות סיליקון דקות ומכשירים המורכבים ממוליכים למחצה פלסטיים או אורגניים. תאי שכבות דקות זולים לייצור יותר מאשר תאי סיליקון גבישי, אך הם גם פחות יעילים בהפיכת אור לחשמל. בניסיונות מעבדה השיגו התאים הגבישיים יעילות של 30% ויותר. יעילותם של תאים מסחריים מסוג זה נעה כיום בין 15% ל-20%. יעילותם של כל סוגי התאים הסולריים, הן בשוק והן במעבדה, עולה בהתמדה בשנים האחרונות, והדבר מראה שהרחבת המאמץ המחקרי תוכל לשפר אף יותר את ביצועי התאים הסולריים המצויים כיום בשוק.
תאים סולריים קלים במיוחד לשימוש, משום שאפשר להתקינם במקומות רבים: על גגות, על קירות הבתים ועל בנייני המשרדים או במערכים נרחבים במדבר. אפשר אפילו לתפור אותם אל תוך הבגדים ולהפעיל בעזרתם מכשירים אלקטרוניים נישאים. מדינת קליפורניה הצטרפה ליפן ולגרמניה בניהול מאמץ עולמי להתקנת אמצעי ייצור סולריים. התחייבות “מיליון הגגות הסולריים” שמה לה למטרה להביא לכושר ייצור חדש של 10,000 מגה-ואט עד שנת 2016. ממחקרים שנערכו בקבוצת המחקר שלי, המעבדה לחקר אנרגיה מתחדשת ונאותה, שבאוניברסיטת ברקלי בקליפורניה, עולה כי ייצור התאים הסולריים בארה”ב לבדה יוכל לצמוח עד 10,000 מגה-ואט בתוך 20 שנה בלבד, אם לא יחול שינוי במגמות הנוכחיות.
האתגר הגדול ביותר יהיה הפחתת מחיר התאים הסולריים, שייצורם יקר באופן יחסי. עלותו הכוללת של חשמל המיוצר באמצעות תאים גבישיים היא 20 עד 25 סנט לקילוואט-שעה. זאת בהשוואה ל-4 עד 6 סנטים לחשמל המיוצר מפחם, 5 עד 7 סנטים לחשמל המיוצר משריפת גז טבעי ו-6 עד 9 סנטים לתחנות כוח השורפות בִּיוֹמַסָּה (קשה לציין את עלותו המדויקת של חשמל מכורים גרעיניים, מכיוון שהמומחים חלוקים ביניהם באשר לרכיבים שיש לכלול בתחשיב. ההערכות נעות בין 2 ל-12 סנט לקילוואט-שעה). למרבה המזל, מחירם של התאים הסולריים ירד בעקביות בעשור האחרון, בייחוד בזכות שיפורים שחלו בתהליכי הייצור. ביפן, שבה נוספו 290 מגה-ואט של כושר ייצור בשנת 2005, והיא ייצאה אף יותר מזה, עלות התאים הסולריים ירדה ב-8% מדי שנה. בקליפורניה הותקנו 50 מגה-ואט אנרגיה סולרית ב-2005, והעלויות ירדו ב-5% מדי שנה.
למרבה הפליאה, קניה היא המדינה המובילה בעולם במספר מערכות האנרגיה הסולרית המותקנות בה מדי שנה (אך לא במספר הוואטים הנוספים בה). יותר מ-30,000 לוחות סולריים קטנטנים, שכל אחד מהם מייצר רק 12 עד 30 ואט, נמכרים בקניה מדי שנה. תמורת השקעה של פחות מ-100 דולר בלוח הסולרי ובחיווט, המערכת יכולה לשמש לטעינת מצבר מכונית, כך שיוכל לספק די חשמל להדלקת נורת פלואורסצנט או טלוויזיה קטנה בשחור-לבן למשך כמה שעות ביום. מספר הקנייתים המאמצים את הפתרון הסולרי בכל שנה רב ממספרם של אלה המתחברים לרשת החשמל הלאומית. בלוחות אלה נעשה לרוב שימוש בתאי שכבות דקות, העשויים מסיליקון אמורפי. למרות שיעילותם של תאים סולריים אלה קטנה מזו של תאים גבישיים עד כדי מחצית, עלותם נמוכה כל כך (פי ארבעה לפחות), עד שהם כלכליים ושימושיים יותר עבור שני מיליארד האנשים החיים כיום בעולם ללא גישה לחשמל. מכירות המערכות הסולריות הקטנות מרקיעות שחקים גם במדינות אחרות באפריקה, וייתכן שהמגמה תואץ אף יותר עקב ההתפתחויות בייצור תאים סולריים זולים.
יותר מזה, תאים פוטו-וולטאים אינם הצורה היחידה של אנרגיה סולרית המתפתחת במהירות. מערכות חום סולריות, האוספות את אור השמש כדי לייצר חום, זוכות גם הן לעדנה. זה מכבר נעשה שימוש במערכות כאלה, כמו דודי שמש לאספקת מים חמים לבתים ולמפעלים, אך הן יכולות לשמש גם לייצור חשמל ללא צורך בתאים סולריים יקרים. באחד הדגמים, לדוגמה, מראות ממקדות את אור השמש על מנוע סטירלינג, מתקן יעיל במיוחד, המכיל גז עבודה הזורם מתא חם לתא קר וחוזר חלילה. הגז מתרחב כתוצאה מחימומו על ידי אור השמש, ודוחף בוכנה המסובבת טורבינה.
בסתיו 2005 הכריזה חברת “סטירלינג מערכות אנרגיה” מפיניקס על תכניתה לבנות בדרום קליפורניה שתי תחנות כוח גדולות הפועלות על חום השמש. החברה חתמה על הסכם אספקת חשמל של 20 שנה עם חברת “אדיסון דרום קליפורניה” לרכישת חשמל מתחנת כוח של 500 מגה-ואט שתיבנה במדבר מוהאבי. המתקן, שיתפרס על פני שטח של 18,200 דונם, יכלול 20,000 מראות צלחת קעורות, שירכזו את אור השמש במנועי סטירלינג שגודלם כגודלה של חבית נפט. המפעל אמור להתחיל לפעול ב-2009, ויהיה אפשר להרחיבו לאחר מכן עד כושר ייצור של 850 מגה-ואט. סטירלינג מערכות אנרגיה חתמה על חוזה ל-20 שנה גם עם חברת האנרגיה של סן-דייגו, לבניית תחנת כוח של 300 מגה-ואט ו-12,000 צלחות באימפריאל ואלי. מתקן זה ישודרג בסופו של דבר ל-900 מגה-ואט.
פרטיהם הכספיים של שני הפרויקטים מקליפורניה לא פורסמו, אך החשמל המיוצר כיום בטכנולוגיות חום סולריות עולה כיום בין 5 ל-13 סנט לקילוואט-שעה, עם מערכת מראות קעורות מן השורה הראשונה. עם זאת, מכיוון שבפרויקט זה כרוכות טכנולוגיות אמינות ביותר וייצור המוני, הוצאות הייצור צפויות לרדת בסופו של דבר ולהגיע ל-4 עד 6 סנטים לקילוואט-שעה, מחיר שיתחרה בהצלחה במחירי החשמל הנוכחיים מפחם.
התשובה נישאת ברוח
קצב הגידול של ענף החשמל המופק מרוח מתחרה בקצב גידול התעשייה הסולרית. כוח ייצור החשמל העולמי מטורבינות רוח גדל ב-25% בשנה בממוצע במהלך העשור האחרון, והגיע כמעט ל-60,000 מגה-ואט בשנת 2005. באירופה היה הגידול לא פחות ממדהים: מ-1994 עד 2005 זינק כושר ייצור החשמל מאנרגיית הרוח באיחוד האירופי מ-1,700 ל-40,000 מגה-ואט. בגרמניה בלבד יש כושר ייצור של יותר מ-18,000 מגה-ואט, בזכות תכנית בינוי נמרצת. באזור שלזוויג-הולשטיין שבצפון גרמניה, מספקות 2,400 טורבינות רוח רבע מצריכת החשמל השנתית, ובחודשים מסוימים מספקת אנרגיית הרוח יותר ממחצית מצריכת החשמל באזור. כמו כן, לספרד יש כושר ייצור של 10,000 מגה-ואט, לדנמרק 3,000 מגה-ואט ולבריטניה, הולנד איטליה ופורטוגל יש כושר ייצור של יותר מ-1,000 מגה-ואט כל אחת.
בארצות-הברית מצויה תעשיית אנרגיית הרוח בתאוצה דרמתית בחמש השנים האחרונות. כושר הייצור הכולל זינק ב-43% והגיע ל-9,100 מגה-ואט בשנת 2005. למרות שטורבינות הרוח מייצרות כיום רק 0.5% מהחשמל בארה”ב, יש להן פוטנציאל התרחבות אדיר, בייחוד במדינות המישורים הגדולים סחופות הרוח (לצפון דקוטה, לדוגמה, יש מקורות אנרגיית רוח גדולים משל גרמניה, אך כושר הייצור שם עומד על 98 מגה-ואט בלבד). אם תבנה ארצות-הברית די חוות רוח כדי לנצל משאבים אלה במלואם, הטורבינות יהיו מסוגלות לייצר עד 11 מיליארד קילוואט-שעה, או במילים אחרות, כמעט פי שלושה מסך כל החשמל שיוצר במדינה על ידי כל מקורות האנרגיה ב-2005. תעשיית אנרגיית הרוח מפתחת טורבינות גדולות ויעילות יותר ויותר, וכל אחת מהן יכולה להניב 4 עד 6 מגה-ואט. ובמקומות רבים אנרגיית הרוח היא הצורה הזולה ביותר של חשמל חדש, בעלות של 4 עד 7 סנטים לקילוואט שעה.
את הגידול במספר חוות הרוח החדשות בארה”ב זירזו נקודות זכות במיסוי על ייצור, המעניקות סבסוד צנוע של 1.9 סנט לקילוואט-שעה, המאפשר לטורבינות רוח להתחרות בתחנות כוח השורפות פחם. למרבה הצער, הקונגרס מאיים שוב ושוב להסיר את נקודות הזכות הללו. במקום להנהיג סובסידיה ארוכת טווח לאנרגיית הרוח, מאריך המחוקק בארה”ב את נקודות הזכות על בסיס שנתי, ואי הוודאות המתמשכת מאטה את ההשקעות בחוות הרוח. הקונגרס גם מאיים להכשיל בנייתה של חוות רוח של 130 טורבינות בים מול חופי מסצ'וסטס, שתוכל לספק כושר ייצור של 468 מגה-ואט – כלומר חשמל שיספיק כמעט לכל קייפ קוד, ולאיים מרתה'ז ויניארד וננטאקט.
העוינות כלפי אנרגיית הרוח מגיעה בחלקה מחברות החשמל, החוששות לאמץ את הטכנולוגיה החדשה, ובחלקה מ”נימביות” (נימב”י, או באנגלית NIMBY, משמעותו Not in My Backyard – לא בחצר האחורית שלי). אף על פי שייתכן כי אין לפטור בלא כלום את החששות בדבר השפעתן של טורבינות הרוח על הנוף, יש להגיע לאיזון בינן לבין המחיר החברתי של החלופות. מכיוון שצריכת האנרגיה של החברה האמריקנית גדלה ללא הרף, דחיית פתרון חוות הרוח מובילה לרוב להקמת או להרחבת תחנות כוח השורפות דלק מחצבי, ולאלה יהיו השפעות סביבתיות הרסניות בהרבה מהשפעותיהן של תחנות הרוח.
דלקים ירוקים
המחקר המדעי מוסיף להתקדם גם בתחום פיתוח הדלקים הביולוגיים שיוכלו להחליף לפחות מקצת הנפט הנצרך כיום על ידי מכוניות. הדלק הביולוגי הנפוץ ביותר בארה”ב כיום הוא אתאנול (אלכוהול), המיוצר לרוב מתירס ונמהל בבנזין. יצרני האתאנול נהנים מהטבת מס ניכרת: בעזרת סובסידיה שנתית של 2 מיליארד דולר, הם מכרו יותר מ-16 מיליארד ליטר אתאנול ב-2005 (כמעט 3% מכלל נפח הדלק למכוניות), והייצור צפוי לעלות ב-50% עד 2007. מקצת קובעי המדיניות הביעו פקפוק בדבר נחיצותה של הסובסידיה, וציטטו מחקרים שבהם נמצא שקציר התירס וזיקוק האתאנול צורכים יותר אנרגיה מזו המופקת מן הדלק המתקבל במנועי המכוניות. אולם מניתוח הממצאים שערכתי עם עמיתיי לאחרונה עולה כי במחקרים אלה לא נלקחו כראוי בחשבון תוצרי הלוואי המיוצרים לצד האתאנול. כשהתחשבנו בכל התשומות והתנובות, מצאנו כי לאתאנול רווח אנרגטי נקי של כמעט חמישה מגה-ג'אול לליטר.
ואולם, מצאנו גם כי השפעת האתאנול על פליטת גזי החממה אינה ברורה כל כך. ההערכות הטובות ביותר שלנו מראות כי מעבר מבנזין לאתאנול המיוצר מתירס מפחית את פליטות גזי החממה בשיעור של 18%, אך מדובר בניתוח חלקי ומוגבל, בגלל אי ודאויות ניכרות באשר לשיטות חקלאיות מסוימות, בייחוד עלותם הסביבתית של חומרי הדשן. הנחות שונות בנוגע לשיטות אלו מובילות לתוצאות הנעות מצניחה של 36% בפליטה בעקבות מעבר לאתאנול ועד עלייה של 29%. כך שאף על פי שאתאנול על בסיס תירס עשוי לסייע לארה”ב להפחית את תלותה בנפט ממקור חיצוני, נראה כי הוא לא יתרום כל כך לעצירת התחממות כדור הארץ, אלא אם כן יהיה ייצור הדלק הביולוגי נקי יותר.
אך התחשיב משתנה במידה ניכרת כשמקור האתאנול אינו הסוכר שבתירס אלא תאית מצמחים עציים, כגון צפצפה או דוחן. להתססת תירס לצורך קבלת אתנאול נדרש חימום בעזרת דלק מחצבי, ולעומת זאת, יצרני האלכוהול שמקורו בתאית מחממים את הסוכרים שבצמח על ידי שריפת ליגנין, שהוא חלק של החומר האורגני באותו צמח שאי אפשר להתסיסו. שרפת הליגנין אינה מוסיפה גזי חממה לאטמוספרה, כיוון שהפליטות מתקזזות עם הפחמן הדו-חמצני הנספג בצמחים המשמשים לייצור האתאנול במהלך צמיחתם. החלפת בנזין באלכוהול שמקורו בתאית יכולה לקצץ אפוא 90% או יותר מפליטות גזי החממה.
דלק ביולוגי מבטיח אחר ידוע בכינויו “דיזל ירוק”. חוקרים ייצרו אותו באמצעות הפיכת מקצת הביומסה לגז (גזיפיקציה), כלומר חימום חומר אורגני כך שיפלוט מימן ופחמן חד-חמצני, ואז המרתן של תרכובות אלה לפחמימנים ארוכי-שרשרת בתהליך כימי הקרוי “תהליך פישר-טרופש” (במלחמת העולם השנייה השתמשו מדענים גרמניים בשיטה זו להכנת דלקי מנוע סינתטיים מפחם). התוצאה היא דלק נוזלי לכלי רכב ממונעים, בעל כדאיות כלכלית, שלא יוסיף כמעט תוספת נטו של גזי חממה לאטמוספרה. ענקית הנפט Royal Dutch/Shell חוקרת כיום את הטכנולוגיה הזאת.
הצורך במו”פ
מקורות האנרגיה המתחדשת, מושכים ככל שיהיו, הם כיום מקורות שוליים בדרך כלל. ואולם, אנו עומדים כעת בנקודת המהפך או סמוך לה, כלומר בשלב הקריטי שבו מחקר, השקעה ונגישות לשוק יוכלו לאפשר לספקי האנרגיה הזאת לתרום תרומה של ממש לאספקת האנרגיה המקומית והעולמית. בו בזמן, מתבססת ברחבי העולם מדיניות נמרצת שנועדה לפתוח את השוק לפני מקורות אנרגיה מתחדשים, ברמות עירוניות, מדיניות וממשלתיות. ממשלות אימצו סוגי מדיניות כאלה ממגוון סיבות: לקידום הגיוון בשוק או ביטחון האנרגיה, לחיזוק התעשייה ולהוספת מקומות עבודה וכן להגנה על הסביבה ברמה המקומית והעולמית. יותר מ-20 מדינות בארה”ב אימצו תקנים המציבים רף מינימלי לשיעור החשמל שיסופק באמצעות מקורות מתחדשים. גרמניה מתכננת לייצר 20% מן החשמל שלה ממקורות מתחדשים עד 2020, ושבדיה מתכננת לוותר לגמרי על השימוש בדלק מחצבי.
אפילו נשיא ארצות הברית, ג'ורג' וו' בוש, אמר בנאומו המפורסם לאומה בינואר 2006, כי ארה”ב “מכורה לנפט”. ואף כי בוש לא דן בקשר שבין התמכרות זו להתחממות כדור הארץ, כמעט כל המדענים מסכימים על כך שהתמכרותה של האנושות לדלק מחצבי מערערת את האקלים העולמי. הזמן הנכון לפעולה הוא עכשיו, וסוף כל סוף מצויים בידינו הכלים לשנות את תהליכי ייצור וצריכת האנרגיה, בדרכים שייטיבו הן עם הכלכלה והן עם הסביבה. עם זאת, במהלך 25 השנים שעברו הידלדל המימון הציבורי והפרטי שיועד למחקר ופיתוח במגזר האנרגיה בארה”ב. בין השנים 1980 ו-2005 ירד שיעור הוצאותיה של ארה”ב על מו”פ (מחקר ופיתוח) בתחום האנרגיה מ-10% ל-2%. המימון הציבורי השנתי למו”פ בתחום האנרגיה צנח מ-8 מיליארד ל-3 מיליארד דולר (לפי שער הדולר בשנת 2002). המו”פ הפרטי ירד מ-4 מיליארד למיליארד דולר בלבד (ראו איור בעמוד הבא).
כדי להתבונן בירידות האלה בפרספקטיבה הנכונה, יש לקחת בחשבון כי בתחילת שנות ה-80 חברות האנרגיה האמריקניות השקיעו במו”פ יותר מחברות התרופות, ואילו כיום השקעותיהן של חברות האנרגיה נמוכות פי עשרה. סך המימון הפרטי במו”פ במגזר האנרגיה האמריקני כולו מסתכם בפחות ממימון המו”פ של חברת ביוטכנולוגיה אחת (חברת Amgen, לדוגמה, הוציאה 2.3 מיליארד דולר על מו”פ ב-2005). וככל שמידלדלת ההשקעה במו”פ, מידלדלים גם החידושים בתחום. לדוגמה, בו זמנית עם הירידה שחלה ברבע המאה שעברה במימון מו”פ בנושא תאים סולריים ואנרגיית רוח, צנח גם מספר הפטנטים שנרשמו בהצלחה בתחומים אלה. אי תשומת הלב לתכנון ולמחקר לטווח הארוך החלישה במידה ניכרת את יכולתה של ארה”ב להיענות לאתגרים שמציבים שינויי האקלים והשיבושים באספקת האנרגיה.
כיום נפוצות הקריאות להתחייבויות גדולות למו”פ בתחום האנרגיה. מחקר שערכה ועדת יועצי נשיא ארה”ב לענייני מדע וטכנולוגיה ב-1997, ודוח שפרסמה הוועדה הבין-מפלגתית האמריקנית למדיניות האנרגיה ב-2004, ממליצים שניהם לממשל האמריקני להכפיל את הוצאותיו על מו”פ בתחום האנרגיה. אך האם הכפלה כזו תספיק? כנראה שלא. קבוצת המחקר שלי ערכה חישוב, בהתבסס על הערכות עלות ייצוב כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, ועל מחקרים נוספים המעריכים את מידת הצלחתן של תכניות מו”פ ואת החיסכון שייווצר כתוצאה מן הטכנולוגיות שיושגו עקב כך, ומצאה כי יידרש מימון ציבורי של 15 מיליארד עד 30 מיליארד דולר בשנה, כלומר פי חמישה עד עשרה מן הסכום המוקצב כיום.
גרג פ' נמט, דוקטורנט העובד במעבדה שלי, ואני, מצאנו כי אפשר, בקירוב, להשוות עלייה בסדר גודל כזה לעליות שנדרשו במהלך יוזמות מו”פ פדרליות קודמות, כמו פרויקט מנהטן (לפיתוח הפצצה האטומית) או תכנית אפולו (להנחתת אדם על הירח), שכל אחת מהן הפיקה רווחים כלכליים ברורים, מלבד העמידה במטרות. גם אם יגדילו חברות האנרגיה האמריקניות את תקציב המו”פ שלהן פי עשרה, עדיין יהיה הסכום נמוך מן הממוצע עבור כלל התעשייה האמריקנית. אף כי מימון ממשלתי חיוני לתמיכה בטכנולוגיות בתחילת דרכן, המו”פ במגזר הפרטי הוא גורם מפתח בניפוי הבר מן התבן בנוגע לרעיונות חדשים ובהפחתת המחסומים בדרך למסחור.
ואולם, הגדלת ההוצאות על מו”פ אינה הדרך היחידה להפוך את האנרגיה הנקייה למטרה בעדיפות לאומית. ביכולתם של מחנכים בכל הרמות, החל מגן הילדים וכלה במכללות, לעורר עניין ופעילות ציבוריים, אם ילמדו על השפעות השימוש באנרגיה וייצורה על הסביבה הטבעית והחברתית. ארגונים ללא מטרות רווח יכולים לארגן סדרת תחרויות שיעניקו פרס לחברה או לקבוצה הפרטית הראשונה שישיגו מטרה מאתגרת וראויה בנושא האנרגיה, כמו למשל בניית בניין או מכשיר המספק אנרגיה לעצמו, או פיתוח כלי רכב מסחרי שיוכל לנסוע 85 קילומטר בעזרת ליטר דלק יחיד. יהיה אפשר לתכנן תחרויות כאלה על פי המודל של פרסי “אשוקה” לחלוצי מדיניות ציבורית, או פרס “אנסארי X” למפתחי רכבי חלל. מדענים ויזמים יוכלו להתרכז גם במציאת דרכים נקיות וכלכליות למתן מענה לצורכי האנרגיה של אנשים במדינות מתפתחות. עמיתיי ואני, לדוגמה, פירטנו לאחרונה את היתרונות הסביבתיים של שיפור תנורי בישול באפריקה.
אך ייתכן כי הצעד החשוב ביותר לקראת כלכלת אנרגיה בת קיימא, היא הנהגת תכניות מבוססות-שוק שמטרתן להטמיע את עלותם החברתית של דלקים פחמניים במחיריהם. לשימוש בפחם, נפט וגז טבעי מחיר קולקטיבי אדיר שהחברה משלמת אותו בצורת הוצאות בריאותיות על מחלות הנגרמות מזיהום אוויר, הוצאות צבאיות לאבטחת אספקת הנפט, נזקים סביבתיים מכרייה והשפעותיה הכלכליות בעלות הפוטנציאל ההרסני של התחממות כדור הארץ. מס על פליטות פחמן יהיה דרך פשוטה, הגיונית ושקופה למתן יתרון למקורות אנרגיה מתחדשים ונקיים, על פני מקורות המזיקים לכלכלה ולסביבה. ההכנסות מן המס יוכלו לשמש למימון חלק מן העלויות החברתיות של פליטות הפחמן, וחלק מהן יוקדש לפיצוי משפחות בעלות הכנסה נמוכה המוציאות נתח גדול מהכנסותיהן על אנרגיה. בנוסף לכך, אפשר לשלב את המיסוי עם תכנית הגבלה וסחר, שתגביל את פליטות הפחמן, אך גם תאפשר לספקי האנרגיה הנקיים ביותר למכור אישורי פליטה למתחריהם המזהמים. ממשלת ארה”ב כבר השתמשה בהצלחה רבה בתכניות כאלה, שנועדו לקצץ בפליטות מזהמים אחרים, ומקצת מדינות צפון-מזרח ארה”ב מתנסות כבר כיום בסחר בפליטות גזי חממה.
צעדים כאלה יעניקו לחברות האנרגיה תמריצים כספיים עצומים לקידום פיתוחם ומסחורם של מקורות אנרגיה מתחדשים. תמצית העניין – לארה”ב יש הזדמנות לאמץ תעשייה חדשה לגמרי. האיום שמציבים שינויי האקלים יכול לשמש מנוף למהפכת האנרגיה הנקייה, מהפכה שתחזק את בסיס הייצור של ארה”ב, תיצור בה אלפי מקומות עבודה ותכסה את גירעונות הסחר הבין-לאומיים שלה. במקום לייבא נפט ממדינות זרות, תוכל ארה”ב לייצא כלי רכב, מכשירים, טורבינות רוח ותאים סולריים יעילים במיוחד. מטמורפוזה כזו תוכל להפוך את מגזר האנרגיה האמריקני למה שפעם נחשב בלתי אפשרי: מנוע צמיחה מלא חיים, בר-קיימא וידידותי לסביבה.
סקירה כללית
בזכות ההתקדמות הטכנולוגית, בקרוב יוכלו מקורות אנרגיה מתחדשים לתרום תרומה ניכרת לאנרגיה העולמית.
כדי לזרז את המעבר, על ארה”ב להגדיל בהרבה את הוצאותיה על מו”פ בתחום האנרגיה.
בנוסף, על ארה”ב להטיל מס על פחמן, שייתן יתרון לאנרגיה ממקורות נקיים על פני אנרגיה ממקורות המזיקים לסביבה.
גדל מהר, אבל עדיין תינוק
תאים סולריים, חשמל המופק מאנרגיית הרוח ודלקים ביולוגיים קונים במהירות אחיזה בשוקי האנרגיה, אך הם עדיין שוליים בהשוואה למקורות דלק מחצבי כמו פחם, גז טבעי ונפט.
פריצת המתחדשיםמאז שנת 2000 מסחורם של מקורות אנרגיה מתחדשים תפס תאוצה אדירה. ייצור התאים הסולריים (המכונים גם פוטו-וולטאים) זינק ב-45% ב-2005. בניית חוות רוח חדשות, בייחוד באירופה, הגדיל את כושר הפקת החשמל מאנרגיית הרוח בעולם פי עשרה במהלך העשור הקודם. ייצור האתאנול, הדלק הביולוגי הנפוץ ביותר בארה”ב, נסק עד ל-36.5 מיליארד ליטר בשנה שעברה, ורובו זוקק מתירס שגודל בארה”ב.
ההסתערות קדימהעל ספקי האנרגיה המתחדשת להתגבר על כמה אתגרים טכנולוגיים, כלכליים ופוליטיים, לפני שיוכלו לקרוא תיגר על ספקי הדלק המחצבי. למשל, על מחירי התאים הסולריים להוסיף ולרדת כדי שיוכלו להתחרות בתחנות כוח השורפות פחם. על מפתחי חוות רוח להתמודד עם בעיות סביבתיות והתנגדות מקומית. בין שאר המקורות המתחדשים המבטיחים אפשר למנות גנרטורים המונעים בקיטור גאותרמי וכן תחנות כוח הפועלות על שרפת ביומסה, כלומר עץ ופסולת חקלאית.
אנרגיית חום ממראותמערכות חום סולריות, המשמשות זה כבר לאספקת מים חמים לבתים ולמפעלים (כמו דודי שמש), יכולות גם לייצר חשמל. מכיוון שמערכות אלה מייצרות חשמל מחום השמש ולא מאורה, הן נמנעות מן הצורך בתאים סולריים יקרים.
המְרַכֵּז הסולרימערך חום סולרי מורכב מאלפי מְרַכְּזים סולריים בצורת צלחת, כשכל אחד מהם מחובר למנוע סטירלינג, ההופך חום לחשמל. מראות המְרַכֵּז הסולרי מסודרות כך שימקדו את אור השמש המוחזר מהן על הקולטן של מנוע הסטירלינג.
מנוע סטירלינגמנוע סטירלינג יעיל מבצע את העבודה באמצעות הזרמת חומר, כגון גז מימן, בין שני תאים (א). רגנרטור מפריד בין התא הקר (בכחול) לתא החם (בכתום). ושומר על הפרשי הטמפרטורות בין התאים. אנרגיית השמש, המתקבלת בקולטן, מחממת את הגז בתא החם, כך שהוא מתפשט ומזיז את הבוכנה החמה (ב). הבוכנה משנה כיוון ודוחפת את הגז החם אל התא הקר (ג). כשהגז מתקרר, הבוכנה הקרה יכולה לדחוס אותו בקלות, וכך המעגל יכול להתחיל מחדש (ד). תנועת הבוכנות מניעה טורבינה המייצרת חשמל בעזרת אלטרנטור.
על המחבר
דניאל מ' קמן (Kammen) הוא פרופסור בכיר בוגר מחזור 1935 באוניברסיטת קליפורניה בברקלי שם הוא מחזיק במשרות שונות בקבוצת המחקר לאנרגיה ומשאבים, בבית הספר למדיניות ציבורית על שם גולדמן ובמחלקה להנדסה גרעינית. הוא המנהל המייסד של המעבדה לאנרגיה מתחדשת ונאותה, ושותף לניהול המכון הסביבתי של ברקלי.
להטעין את ההיברידיתיתרונותיהם הסביבתיים של הדלקים הביולוגיים היו גדולים אף יותר לו שימשו לתדלוק מכוניות חשמליות-היברידיות נטענות (PHEV). בדומה למכוניות היברידיות רגילות, המשלבות בין בנזין לחשמל, מכוניות ומשאיות אלה משלבות בין מנוע בעירה פנימית למנוע חשמלי, לשיפור מרבי של תצרוכת הדלק. ההבדל הוא, שלמכוניות היברידיות נטענות יש מצברים גדולים יותר, ולהם תקע שאפשר לחבר אותו לרשת החשמל כדי להטעין אותם מחדש. כלי הרכב האלה מסוגלים לנסוע על חשמל בלבד בנסיעות קצרות. בנסיעות ארוכות יותר, כשהמצבר נחלש, נכנס לפעולה מנוע הבעירה. שילוב זה יכול לשפר באופן ניכר את תצרוכת הדלק: תצרוכת הדלק במכונית משפחתית רגילה כיום היא כ-15 ק”מ לליטר ומכוניות היברידיות רגילות, כמו טויוטה פריוס, עומדות בממוצע על 20 ק”מ לליטר, ולעומת זאת מכונית היברידית נטענת יכולה להגיע ל-35 עד 70 ק”מ לליטר. השימוש בנפט מצטמצם אף יותר אם המכונית ההיברידית הנטענת פועלת על תערובות של דלק ביולוגי, כמו 85E, תערובת של 15% בנזין ו-85% אתאנול.
לו היו מחליפים בן לילה את כל צי המכוניות של ארה”ב במכוניות היברידיות נטענות, צריכת הנפט במדינה הייתה יורדת ב-70% או יותר, כך שהצורך בייבוא נפט היה נעלם לגמרי. למעבר היו יכולות להיות השלכות מרחיקות לכת על שימור האקלים השברירי של כדור הארץ, מלבד חיסול הערפיח. מכיוון שרוב האנרגיה הייתה מגיעה למכוניות מרשת החשמל ולא ממכלי הדלק, הפגיעה הסביבתית הייתה מתרכזת בכמה אלפי תחנות כוח, במקום במאות מיליוני כלי רכב. מעבר כזה היה ממקד את אתגר שימור האקלים אך ורק במשימת צמצום פליטות גזי החממה מייצור חשמל.
מכוניות היברידיות נטענות יוכלו גם להביא מזור לתעשיית הרכב האמריקנית. במקום להמשיך להפסיד פלחי שוק לחברות ממדינות אחרות, יוכלו יצרני המכוניות האמריקניות לחזור לתחרות אם ישדרגו את מפעליהם לייצור מכוניות היברידיות נטענות, שחוסכות הרבה יותר דלק משחוסכות המכוניות ההיברידיות הלא נטענות שמייצרים היפנים. גם תחנות הכוח ירוויחו מן המעבר, משום שרוב בעלי המכוניות ההיברידיות הנטענות יטעינו את רכביהם בלילה, כשהחשמל זול יותר, ובכך יאזנו את זמני השיא והשפל של צריכת החשמל כיום. בקליפורניה, לדוגמה, החלפת 20 מיליון מכוניות רגילות במכוניות היברידיות נטענות תגביר את צריכת החשמל בלילה לרמה קרובה לרמת הצריכה במשך היום, דבר שישפר את השימוש ברשת החשמל ובתחנות הכוח, שרבות מהן שובתות בלילה. כמו כן, מכוניות חשמליות שלא יהיו בשימוש במשך היום יוכלו לספק חשמל לרשת החשמל המקומית בשעות העומס. היתרונות הגלומים בכך לתעשיית החשמל קוסמים כל כך, שייתכן שחברות החשמל ירצו לעודד את מכירות המכוניות ההיברידיות הנטענות על ידי הצעת מחירי חשמל נמוכים יותר לטעינת מצברי הרכב.
ויותר מכול, מכוניות היברידיות נטענות אינן כלי רכב אקזוטיים מן העתיד הרחוק. דימלר-קרייזלר כבר השיקו אבטיפוס של מכונית היברידית נטענת, גרסה של טנדר הספרינטר של מרצדס-בנץ, הצורכת 40% פחות דלק מן הדגם המסורתי. המכוניות ההיברידיות הנטענות יהיו חסכוניות אף יותר כשטכנולוגיות חדשות ישפרו את צפיפות האנרגיה במצברים, כך שכלי הרכב יוכלו לנסוע למרחקים גדולים יותר בעזרת המצבר בלבד. [ראו: ” מכוניות היברידיות תופסות תאוצה”, ג'וזף ג'יי רום ואנדרו א' פרנק, סיינטיפיק אמריקן ישראל, אוקטובר-נובמבר 2006]
מו”פ הוא המפתח
ההוצאות על מחקר ופיתוח (מו”פ) במגזר האנרגיה בארה”ב יורדות בהתמדה מאז השיא שאליו הגיעו בשנות ה-80. ממחקרים בנושא פעילות ברישום פטנטים עולה כי הירידה במימון האטה את פיתוחן של הטכנולוגיות החדשות בתחום האנרגיה המתחדשת. לדוגמה, מספר הבקשות שהוגשו לרישום פטנטים בתחום התאים הסולריים וחשמל המיוצר מרוח צנח עם ירידת ההוצאות על מו”פ בתחום זה.
הדלק המחצבי הכי פחות גרוע
אף כי מקורות אנרגיה מתחדשים הם הדרך הטובה ביותר לצמצם באופן קיצוני את פליטות גזי החממה, ייצור חשמל מגז טבעי במקום פחם יכול להפחית במידה ניכרת את כמות הפחמן הנפלטת לאטמוספרה. תחנות כוח השורפות פחם פולטות 0.25 ק”ג פחמן על כל קילוואט-שעה חשמל שהן מייצרות (תחנות כוח מתקדמות יותר השורפות פחם פולטות 20% פחות פחמן). אבל בגז טבעי (המכיל ברובו מתאן, CH4) יש יחס גבוה יותר של מימן לפחמן משיש בפחם. תחנת כוח השורפת גז טבעי במחזור משולב פולטת רק 0.1 ק”ג פחמן לקילוואט-שעה (ראו גרף).
למרבה הצער, העלייה הדרמתית שחלה בארה”ב ובמדינות אחרות בשימוש בגז טבעי, הביאה לעלייה במחיר הגז. בעשור האחרון היה הגז הטבעי מקור האנרגיה מדלק מחצבי שגדל בקצב המהיר ביותר, והוא מספק כיום כמעט 20% מן החשמל בארה”ב. בו בזמן, מחיר הגז הטבעי עלה מממוצע של 2.5 דולר עד 3 דולר למיליון BTU (יחידות תרמיות בריטיות) בשנת 1997, עד יותר מ-7 דולר למיליון BTU כיום.
עליות המחירים ב-2003 היו מדאיגות כל כך, עד שאלן גרינספן, אז יו”ר ועדת העתודות הפדרלית, התריע כי ארה”ב עומדת בפני משבר גז טבעי. הפתרון הראשוני שהציעו הבית הלבן וכמה מחברי הקונגרס, היה הגברת ייצור הגז. פקודת מדיניות האנרגיה מ-2005 כללה סובסידיות נרחבות לתמיכה ביצרני הגז, הגברת החיפושים והרחבת הייבוא של גז טבעי נוזלי. אולם ייתכן כי לא יהיה ביכולתם של צעדים כאלה להגביר את ביטחון האנרגיה, מכיוון שרוב הגז הטבעי הנוזלי יגיע ממקצת מדינות אופ”ק המספקות נפט לארה”ב. זאת ועוד, ייצור חשמל ולו מן הגז הטבעי הנקי ביותר, עדיין יפלוט יותר מדי פחמן, אם בכוונתנו לשמר את רמת הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה מתחת לריכוז של 450 עד 550 חלקים למיליון בנפח (רמות גבוהות יותר עלולות להיות הרסניות עבור אקלים כדור הארץ). יידרש פחות זמן, וגם יהיה זול ונקי יותר, לשפר את יעילות האנרגיה ולפתח מקורות מתחדשים, והדבר גם יעניק לארה”ב ביטחון אנרגיה גבוה יותר מאשר יעניק פיתוח אספקת גז טבעי נוספת. חשמל מחוות רוח עולה פחות מחשמל המיוצר בתחנת כוח הפועלת על גז טבעי, אם לוקחים בחשבון את העלות הכוללת של בניית תחנת הכוח ומחירי הגז הצפויים. כמו כן, חוות רוח ומערכים סולריים נבנים במהירות רבה יותר מאשר נבנית תחנת כוח גדולה הפועלת על גז טבעי. והגורם המכריע ביותר: גיוון מקורות האנרגיה של ארה”ב הוא הגורם החשוב ביותר בשמירה על מגזר אנרגיה תחרותי וחדשני. כך שעידוד המקורות המתחדשים הגיוני גם אם ניקח בחשבון רק את היתרונות הכלכליים ונתעלם מן היתרונות הסביבתיים.
ועוד בנושא
Reversing the Incredible Shrinking Energy R&D Budget. D. M. Kammen and G. F. Nemet in Issues in Science and Technology, pages 84–88; Fall 2005
Science and Engineering Research That Values the Planet. A. Jacobson and D. M. Kammen in The Bridge, Vol. 35, No. 4, pages 11–17; Winter 2005
Renewables 2005: Global Status Report. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. Worldwatch Institute, 2005
Ethanol Can Contribute to Energy and Environmental Goals. A. E. Farrell, R. J. Plevin, B. T. Turner, A. D. Jones, M. O’Hare and D. M. Kammen in Science, Vol. 311, pages 506–508; January 27, 2006
את כל המאמרים האלה אפשר למצוא גם באינטרנט, בכתובת:
3 תגובות
התפתחויות אנוש , ניתנות לתיאור , רק במאפיינים לוגריתמים , בבסיסי ספירה מתאימים :
במטרה להמחיש את השינויים העתידיים (המאולצים ) , נעשה השוואה בין אורחות החיים כפי שמוכרים לנו בתקופתנו , לאלו שהיו לפני מאות שנים ספורות , ונקח בחשבון גם את השינויים שחלו בבני האדם , בכל הנוגע לאורחות החיים להשכלה , ההכשרה המיקצועית שמאפשרת לו לתפעל ולתחזק את המיכשור הטכנולוגי המתקדם ; התמונה שתתקבל היא שאין להעלות על הדעת שהחברה האנושית כפי שמוכרת בעבר , תוכל לתפקד עם השינויים שחלו עד לתקופתנו .
במידה ומעוניינים לרכך את הנפילה הצפויה של המדינות שבכפר הגלובלי , גם אלו שצורכות נפט , וגם של המדינות שמספקות אותו , עקב התלות הלא פחות חשובה שלהן במדינות , שמייצרות מוצרים חיוניים מתקדמים , מתחום המדע , הטכנולוגיה , ובעיקר מהרפואה ; רצוי מאוד ובהקדם , להתחיל בפיתוח מהיר של רכב נטען ונתמך מיכנית , כפי שנכתב בתגובות בעבר .
מעניין לדעת אם המדע כבר הצליח להגיע לניצול האנרגיה שמתבצעבפשוטים מבין היצורים החיים כיום.
כלומר, כל ייצור חי, כמו עכבר או נמלה הוא בעל מגוון רחב מאוד של מקורות מזון וניזון מכל דבר כמעט.
ובמהלך חייו אותו יצור חי משחרר אנרגיה רבה.
באמצעות תנועות גוף שונות וגם אפילו בתהליכים מחשבתיים.
מעניין לדעת האם אמצעי המרת האנרגיה משמשכהלרוח לחשמל מצליחים להגיע לנצילות המרת האנרגיה שיש לאדםעכברסוס או צמחים שונים….
מעניין.
מעניין אם מעל לכל בניין מגורים הייתה שבשבת כזו שאוספת את אנרגית הרוח וגוף בניין מצופה בקולטנים סולריים וחלונות מבודדים – מעניין אם הצריכה של חשמל מבחוץ הייתה יורדת באופן דרמטי. מעניין אם זה שווה את ההשקעה. מעניין אם במידה וזה אכן שווה את ההשקעה – למה לא עושים את זה (ז"א מי מנסה לטרפד מהלך כזה כדי שיוכל למכור לנו עוד חשמל).
מעניין גם מה היינו עושים עם כל הכסף הזה שהיינו חוסכים על חשמל… קונים עוד מכשירי חשמל בטח…