סיקור מקיף

להנות מאנרגיה סולארית גם לאחר שקיעת השמש

תגלית משמעותית של חוקרים מ-MIT תוכל לחולל מהפכה בתחום האנרגיה הסולארית * החוקרים ניסו לחקות את תהליך הפוטוסינתיזה בצמחים

ביום האנרגיה נאגרת
ביום האנרגיה נאגרת

בזינוק מהפכני שיוכל לקדם את האנרגיה הסולארית מחלופה שולית למקור אנרגיה עיקרי, חוקרים מ- MIT הצליחו להתגבר על מחסום מרכזי לקבלת אנרגיה סולארית בקנה-מידה נרחב: אחסון אנרגיה שמישה כאשר השמש אינה זורחת.

עד היום, אנרגיה סולארית הייתה מקור אנרגיה בשעות היום בלבד, מכיוון שאחסון יתרת האנרגיה לשימוש מאוחר יותר היה יקר מדי ובלתי-יעיל. החוקרים מ- MIT מצאו שיטה פשוטה, בלתי-יקרה ויעילה מאוד לאחסון אנרגיה סולארית.

תוך שימוש בחומרים טבעיים בלתי-רעילים ונפוצים בלבד, תגלית זו תוכל לפתוח אופקים חדשים לניצול מקור האנרגיה הלא-פחמני העצמתי ביותר – השמש. "זהו היעד אותו חיפשנו מזה שנים רבות," אומר הפרופסור לאנרגיה Daniel Nocera מ- MIT וכותב המאמר המתאר את המחקר בכתב-העת Science. "אנרגיה סולארית הייתה תמיד מוגבלת ופיתרון מרוחק ביותר. עתה, אנו יכולים לחשוב ברצינות על סוג האנרגיה הזה כבלתי-מוגבל ובמהרה."

תוך קבלת השראה מתהליך הפוטוסינתזה המתבצע בטבע בצמחים ירוקים, החוקרים פיתחו תהליך חסר-תקדים אשר יאפשר לנצל את אנרגיית השמש לביקוע מים למרכיביו היסודיים – מימן וחמצן גזיים. בשלב הבא, גזים אלו יכולים להגיב יחדיו בתא דלק ליצירת חשמל, שלא מבוסס על חומרים פחמניים, ואשר יספק אנרגיה לבית או לרכב חשמלי, ביום ובלילה.

בלילה האנרגיה שנאגרה ביום מנוצלת
בלילה האנרגיה שנאגרה ביום מנוצלת

רכיב המפתח בתהליך חדש זה הינו קטליזאטור (זרז) חדשני המייצר חמצן גזי ממים; זרז נוסף מייצר את גז המימן. הזרז החדש מורכב מהמתכת קובלט, מקבוצת זרחה (פוספאט) ואלקטרודה, הממוקמים במים. כאשר חשמל – מתא שמש, מטורבינת רוח או מכל מקור אחר – עובר באלקטרודה, הזרז מייצר שכבה דקיקה על האלקטרודה וחמצן גזי מופק בעקבות כך. בשילוב עם זרז נוסף, כדוגמת פלטינה, המסוגל לייצר מימן ממים, המערכת מסוגלת לחקות את תגובת פירוק המים המתרחשת במהלך הפוטוסינתזה.

הזרז החדש פועל בטמפרטורת החדר, בתנאי pH נייטרלים של מים וקל לשימוש, טוען החוקר הראשי. "זו הסיבה בגינה אני יודע שהמערכת תצליח – היא פשוטה ליישום," הוא אומר.

לקרני-השמש יש את היכולת הגבוהה ביותר להוות מקור אנרגיה לשם פיתרון בעיות האנרגיה העולמיות, אומר החוקר. בשעה אחת בלבד יש כמות מספקת של קרני-שמש המגיעים לכדור הארץ שתוכל לספק את מכלול האנרגיה הדרושה לכל המפעלים בעולם למשך שנה שלמה.

חוקרים בתחום הצהירו כי השיטה החדשה מהווה זינוק אדיר לעבר ייצור אנרגיה נקייה בכמות גדולה ושאינה מבוססת על דלקים פחמניים. "זוהי תגלית משמעותית ביותר ובעלת השלכות עצומות על ההתפתחות העתידית של האנושות," אומר חוקר בתחום. "לא ניתן להפריז בחשיבות תגליתם כיוון שהיא פותחת צוהר לפיתוח טכנולוגיות חדשות לייצור אנרגיה ומפחיתה את התלות השלנו בדלקים מאובניים (נפט וגז טבעי) וכן מסייעת בפתרון בעיית ההתחממות האקלימית בימינו." התקני פרוק מים חשמליים נוכחיים, אשר מבקעים מים באמצעות חשמל למימן וחמצן, אומנם משמשים היום בתעשייה, אך אינם מתאימים למערכות פוטוסינתזה מלאכותיות בשל מחירם הגבוה ודרישתם לסביבה בסיסית מאוד שאינה מתקרבת כלל לסביבה האמיתית בה מתרחשת הפוטוסינתזה.

אומנם יש צורך בעבודה הנדסית נוספת לשם מיזוג התגלית המדעית לתוך מערכות פוטו-חשמליות קיימות, אך החוקר הראשי בטוח כי מערכות כאלו אכן יהפכו למציאות קרובה. "זוהי רק ההתחלה," הוא טוען, "הקהילייה המדעית אכן תפנה לשימוש בתגלית זו."

החוקר מקווה כי תוך עשור אנשים פרטיים יוכלו לספק אנרגיה לבתיהם באמצעות קרני-שמש בשעות היום ע"י תאים פוטו-חשמליים, בעוד יתרת האנרגיה הסולארית תופנה לייצור מימן וחמצן ושימושו בתא דלק ליצירת אנרגיה לשעות הלילה. חשמל, המובל לצרכנים ע"י כבלים, יוכל להפוך אז לנחלת העבר.

ההודעה לעיתונות של MIT

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

24 תגובות

  1. אני ממליצה לכולם לקרוא את הכתבה הזו שמתיחסת לאותו מאמר:

    http://www.theoildrum.com/node/4378

    מי שיקדיש כמה דקות לקריאה מלאה של הכתבה יגלה שאומנם מדובר במחקר מעניין אך לא התגלית המהפכנית שהתקשורת וגוף היחצנות של האוניברסיטה מנסים למכור לנו.

    שמעתי את החוקר בהרתאה שנתן לגבי המחקר שלו והוא הציג נתונים לא רלוונטים לגבי הנעשה בתעשיה. למשל הוא טען שלמערכת שלו יתרון כיון שמתאפשרת עבודה בתא פתוח. אבל אז לא ניתן לאסוף את התוצרים שהם גזים. למשל הוא משווה את המחיר לפלטינה אבל בתעשיה עובדים עם ניקל. דוגמאות נוספות ומוצלחות יותר מפורטות בלינק

  2. תאים סולארים לא נפוצים כי יש בעיות עם התפוקה העולמית.
    היא לא עומדת בדרישה העולמית, בייחוד בזמן האחרון שמחיר הנפט עלה, והכדאיות הכלכלית של תאים סולארים עלתה איתו.

  3. איזה תענוג. ד"ר נחמני מוסיף ומביא לנו כתבות מעולות ואני כל כך נהנה לגלוש באתר ולקרוא את הכתבות המעולות וגם את התגובות המרתקות.
    כל הכבוד

    אורן אריאב

  4. אני חושב שהקשר לפוטוסינטזה, והעובדה שהתהליך הזה בכלל עלה לכותרת, הוא שהתהליך בא לחקות את הפוטוסינטזה שעושים העצים.
    פירוק מים לחמצן ומימן ע"י אלקטרוליזה זה הרי תהליך מוכר, יקר ולא יותר מדי יעיל (50-80%).
    התהליך החדש הזה, כנראה הרבה יותר יעיל מהאלקטרוליזה כי הוא בא לחקות את הפוטוסינטזה. גם באתר של MIT זה לא ממש מוסבר למה ואיך.
    בכל מקרה, התהליך ההפוך עדיין יעשה ע"י תאי דלק, שגם על היעילות שלהם יש עוד הרבה עבודה, אבל הפקה זולה של מימן לא יכולה להיות בשורה רעה.

  5. לעמי : "לנתב" ולא "לנטב".

    לכל היתר: לא ברור לי מה הבעיה לאחסן את החשמל שנוצר ע"י קולטי השמש בסוללות כפי שנעשה היום?
    מישהו יכול להסביר?
    או שאולי הכוונה לאיחסון אנרגיה בהיקפים מסחריים?

  6. עמי בכר
    יצור חשמל באמצעות סוללות שעובדות על חמצן ומימן הוא מקור אנרגיה מהיעילים ביותר.
    המכוניות החשמליות עתידות לפעול באמצעות השיטה. הצוללות החדישות ביותר מופעלות בשיטה הזאת.
    הבעיה עדיין נעוצה באיחסון המימן והולכת ונפתרת באמצעים שונים כימיים ואחרים.
    וכשזו תיפתר, השיטה הנ"ל עולה בהרבה על כל השיטות האחרות לאיחסון חשמל מהשמש.

  7. אני מאמין שהמקום שצריך לשאוף אליו הוא המקום של צימוד חום. חום נוצר תמיד וכיום לא עושים איתו יותר מדי. בהרבה מקרים החום שנוצר הוא מטרד ומשתמשים במים רבים כדי להפטר ממנו (זהום חום, בדרך כלל בים). טכנולוגית צימוד החום לא טובה ולכן יעילותן הכללית של ריאקציות סולאריות מסתכמת ביעילות המרת אנרגית האור לאנרגיה חשמלית. החישוב יקבל תפנית גדולה מאוד אם יצליחו לנטב את החום שנוצר (שהוא כמובן כל שאר האנרגיה שלא מצליחים לקצור באופן ישיר לחשמל) לטובת משאבים שצורכים חשמל או שיכולים ליצור חשמל. דוגמה פשוטה (ואולי פשוטה מדי) היא יצירת קיטור שאיתו כידוע לכולנו הזיזו בעבר רכבות כבדות. כשנדע לנטב את האור לשימוש אישי (נניח על ידי סיבים אופטיים שמחוברים לגג שלנו וקולטים אור ומעבירים אותו למנורה בבית), לשימושי חשמל (תוך ניצול אנרגיה סולרית והמרתה לאנרגיה חשמלית) ולבסוף צימוד למקורות חום (חימום מים, חימום ריאקטורים מטהרי מיים וכו') או אז החישוב הכללי של ניצולת קוונטית יהיה גבוה ואף יעבור בהרבה את המערכת הפוטוסינמטית בעולם החי. במערכת זו (האחרונה) הצימוד הוא חשמלי בלבד ומרבית מהאנרגיה הולכת לאיבוד על חום והמנעות מהתחממות יתר או המנעות מתצורות מחמצנות חזקות מאוד שמגיבות עם המערכת ופוגמות ביעילות שלה.

    בברכת חברים,
    עמי בכר

  8. ל12. יש כמה דרכים נסיוניות לאגור אנרגיה, דרך נוספת לזו שהזכרת
    היא בריכות סולריות שבאמצעות הרכב מלחים מסויים מונעות אידוי וכך
    אוגרות חום (שאפשר בדרכים מקובלות להפוך לחשמל), דרך אחרת
    היא הפרדה מלחים במים באוסמוזה הפוכה וחיבור המים עם המלח
    מחדש להפקת חשמל.

    אכן הבעיה היא נפחו הגדול של המימן ונטייתו להתפוצצות; אפשר בעיקרון
    ליישם את השיטה החדשה ע"י צבירת מימן (באמצעות התהליך הזה) בשטחים
    פתוחים באפריקה, הפיכתו לחומר גלם נוזלי כלשהו (פרופן, למשל)
    במפעל כימי ומסחר בו – אבל זה יהיה תהליך בזבזני לחלוטין – כשגם
    כך התאים הסולריים אינם יעילים.

  9. רן לוי:
    הרעיון שאתה מדבר עליו מיושם כבר שנים רבות על ידי חברת מקורות.
    הם מנצלים חשמל זול (בשעות בהן הביקוש לחשמל נמוך) כדי להעלות מים למקומות גבוהים ולספק לחץ במקומות הנמוכים בשעה שהחשמל יקר.

    הוגין:
    דורון לא חשב שזה יותר מדי טוב.
    אני מניח שאת מודעת לכך שמשתמשים בביטוי זה בעיקר כדי להביע חוסר אמון.
    למרות התחביר שאומר אחרת, מתייחס הביטוי "יותר מדי" אל המלה "נשמע" יותר משהוא מתייחס אל המילה "טוב"

  10. אינני מבינה למושג "יותר מדי טוב"..טוב ,הוא תמיד לטובה,ואם ישנה מגמה כזאת
    יש לברך על הכל.לאלה ה"דואגים",שחס וחלילה פתאום לא יהיה מה ללמוד,אוהוו..זה
    רק מתחיל ולטובת כולנו.

    כל הכבוד ,על הכתבות היום.

  11. גם אני מעט סקפטי לגבי תגלית זו. נניח ומתאפשרת הפרדה נוחה של מים למימן וחמצן: הבעיה הגדולה היא דווקא איחסון המימן, לדעתי. זהו חומר נפיץ מאוד, ובניגוד לנפט קשה מאוד לשמור אותו באופן בטיחותי (ניצוץ אחד ו..אתם מבינים את העניין.)
    אני דווקא שמעתי רעיון שסיקרן אותי מאוד לגבי אגירת אנרגיה סולארית. האנרגיה הסולארית משמשת במהלך היום לשאיבת מים לראש מגדל מים גבוה. בלילה, המים נופלים בחזרה לים ומניעים טורבינה. למעשה, אוגרים את האנרגיה בתור אנרגיה פוטנציאלית של הכבידה…רעיון מחוכם, אני חושב. מה דעתכם?
    רן לוי

  12. לא כזו "מציאה" גדולה.

    הבעיה היא הניצולת הנמוכה של התאים הסולריים, המערכת אולי פותרת
    את הבעיה למקומות קטנים ומרוחקים (ואולי גם לסוגים מסויימים של כלי
    רכב) שמעכשיו יוכלו לאגור חשמל, אבל אם מדובר על מערכות שממילא
    מחוברות לתשתית חב' החשמל, כשעיקר הצריכה במקומות שטופי שמש
    היא בשעות היום (מזגנים, מפעלים ושאר מקומות עבודה), הרי שמערכות
    כאלה אינן צריכות מערכת אגירה מכיוון שברוב תוצרתן ישתמשו מיידית –
    ומערכת האגירה (אם בכלל יהיה לה שימוש) רק תייקר את מחיר המערכת
    הסופי.

  13. לרועי ולעמי בכר ואחרים

    הם התכוונו לאופן האגירה כי רק כך הם יוכלו לנצל את האנרגיה העודפת בלילה. מה שהבנתי שהם משתמשים בקטליזטור לשיפור הפרוק מולקולת המים למימן וחמצן.
    מעבר לכך, ההסבר חסר ולא מובן.
    לרועי
    המימן שיוצא כשני פרוטונים הוא מימן, ולא שום דבר אחר.
    לעמי בכר
    אני חושב שההתעסקות העכשיוית הרבה יותר באנרגיה הסולארית תביא לאיזה שהיא "תאוצונת" בקידום הנושא.

    יום טוב
    סבדרמיש יהודה

  14. יוגב,
    אני לא בטוח שהאנרגיה הסולרית באמת תופסת תאוצה.
    מה שבטוח שהכתיבה עליה תופסת תאוצה.
    כולם רוצים לקרוא על זה.
    עד כמה זה באמת מגיע לחיים שלנו?
    מבחינתי לפחות שום דבר לא השתנה.
    אני עדיין מחובר עם אותם מכשירים שהייתי מחובר לפני 20 שנה
    לאותה רשת חשמל.

    בברכת חברים,
    עמי בכר

  15. חברים שימו לב איך בתקופה האחרונה האנרגיה הסולרית תופסת תאוצה והופכת להיות לאט לאט יותר ויותר אפשרית למימוש בצורה נרחבת.
    הלוואי שהייתי יכול להיות חלק מזה.

  16. לעמי בכר
    נראה שלכך התכוונו. כיום מה שמופק בתהליך פוטו אלקטרי למשל, אם אינו מנוצל מיידית (או במקום או בהזרמה לרשת החשמל), קשה מאד ולא כלכלי לאגור. כאן מציעים דרך לאגירת העודפים בקלות, ואח"כ המרת האנרגיה האגורה באופן כימי – לשימושים שונים באמצעות תאי דלק.
    הלוואי ואטעה, אבל זה נשמע יותר מדי טוב…

  17. מחשבה נוספת- החידוש שלו הוא באגירת אנרגייה, לא בהפקה יותר יעילה של אנרגייה מהשמש. עדיין יש את המגבלה של ניצולת נמוכה של תאים וולטאים. זה נראה לי קצת חירטוט מה שהוא עשה ואיך שהוא מציג את זה, אבל יכול להיות שאני טועה….

  18. ליהודה,
    אני לא בטוח בתשובה, אבל אתה רוצה להפריד את החמצן והמימן- לא שייצאו יחד. לכן אתה נותן לחמצן לצאת כגז מאלקטרודה אחת והמימן באותה אלקטרודה הופך לשני פרוטונים (לא לגז מימן). באלקטרודה השנייה אתה יוצא מימן ואילו החמצן הופך ל O-2.
    ככה אתה יכול לאסןף חמצן מאלקטרודה אחת ומימן מאלקטרודה שנייה ולא לקבל תערובת של הגזים. אחרת אני גם לא ממש מבין מה החידוש פה.

  19. אם אפשר להוסיף אחרי כל 3 בוקסות קישור- "לקריאת שאר הכתבות" ודומה, מה שכרגע לא קיים. כרגע זה מונע מהקורא לשהות יותר זמן באתר ולהרחיב את ידיעותיו וממך לעשות עוד כמה ג'ובות.
    יום טוב.

  20. לא הבנתי את החדשנות והגדולה. ברור לי שיש כאן אחת כזו, אחרי הכל זה פורסם בסיינס, אבל אני לא מצליח לקלוט.
    המרה של אור לחשמל – מוכר וידוע. כאן לא עשו כלום וממאמרים שפורסמו בידען אני למד כי הניצולת מגרדת את ה 5%.

    ממאמר זה אני מבין שהכמות שנוצרת במהלך היום גדולה יותר מכפי שניתן לנצל (??) ויש עודף שניתן להשאיר לתקופת החושך. איך עושים זאת? מנסים לשמר את האנרגיה. אם הבנתי נכון, חוקרים אלו מציעים שהשימור יהיה בהפרדה של מימן וחמצן במהלך שעות האור במקביל לקצירה של אנרגיה ובמשך הלילה לתת למימן ולחמצן להגיב ולקצור מהתהליך הזה את האנרגיה? זה לא כתוב במפורש ולכן אינני מבין את המשמעות.

    אשמח להבהרות,
    עמי בכר

  21. משהו לא ברור לי.
    האם אין טעות במשפט "רכיב המפתח בתהליך חדש זה הינו קטליזאטור (זרז) חדשני המייצר חמצן גזי ממים; זרז נוסף מייצר את גז המימן". סוף ציטוט.
    למה יש צורך בזרז נוסף? האם זרז אחד לא מספיק?, הרי אם הוא יוצר את החמצן אזי בהכרח יווצר גם המימן?.
    בהמשך המאמר מדובר רק על זרז אחד.
    ודרך אגב התרגום שנעשה מהמקור, הוא מדויק.

    ערב טוב
    סבדרמיש יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן