מי אנחנו
מהנדסים את העתיד
מהנדסים את העתיד. אנחנו מניעים את השינוי האנרגטי הדרוש עם הטכנולוגיות והפתרונות המתקדמים ביותר לאחסון מימן, הובלה והפצה. כדי להשיג עמידה ביעדי התקן האירופי ולתמוך בהפחתת הפחמן העולמית, מימן ירוק הוא תחום האנרגיה המבטיח ביותר. לכן, מימן ירוק מקבל חשיבות רצינית בתמהיל העתידי של נושאי אנרגיה.
4 דרכים לאגירת מימן מאנרגיה מתחדשת. יש מעט מאוד כימיקלים אשר מעוררים תקווה ושאיפה לעתיד ירוק כמו מימן. במהלך השנים האחרונות, היסוד הראשון בטבלה המחזורית הפך ממילת באז עולמית לאחד הנתיבים המבטיחים ביותר להפחתת פחמן בתעשייה, ייצור חשמל ותחבורה. כאשר ייצור הגז באמצעות משאבים דלי פחמן מתגבר ברחבי העולם, החזון של כלכלה המונעת על ידי מימן ירוק עומד בפני מספר אתגרים. לצד הגדלה של הייצור והורדת עלויות, אחד האתגרים הגדולים ביותר הוא אחסון מימן.
מדוע אחסון אנרגיית מימן חיוני?
למימן יש פוטנציאל להתמודד עם שני אתגרים עיקריים בשאיפה הגלובלית להשגת אפס פליטות פחמן עד 2050. ראשית, הוא יכול לעזור להתמודד עם הנושא הרב-שנתי של הפסקות של מקורות אנרגיה מתחדשים כמו רוח ושמש. על ידי המרת כוח עודף שנוצר ביום חורפי או יום קייצי למימן. זהו גז שיכול לאגור אנרגיה מתחדשת ואשר ניתן לשלוח אותו בזמנים של שיא הביקוש כמקור דלק נקי לייצור חשמל. שנית, מימן יכול להחליף דלקים מאובנים כדי לשחרר פחמן למגזרים שבהם חשמול לבדו לא יספיק, כמו חימום ביתי, תעשייה, ספנות ותעופה. הבעיה היא שאמנם מדובר במדיום מצוין לאחסון אנרגיה מתחדשת, אבל גז מימן הוא בעייתי לאיחסון.
מהנדסים את העתיד. הסיבה לכך היא שיש לו צפיפות אנרגטית נפחית נמוכה בהשוואה לגזים אחרים – כמו גז טבעי – כלומר, הוא תופס יותר מקום באופן משמעותי. כמו כן, למימן יש נקודת רתיחה קרובה לאפס המוחלט וזה דורש אחסון קריוגני. ולמרות שהוא בדרך כלל לא משחית מיכלי אחסון. הוא עלול לגרום לסדקים במתכות בתנאי איחסון מסויימים. פרקש מקורות מתחדשים מציעים ארבעה פתרונות איחסון מימן שיכולים לעזור להתמודד עם אתגרים אלה, כפי שהומלצו על ידי תקן המימן האירופי.
1. אגירת מימן גיאולוגית
אחד ממרכזי אחסון האנרגיה המתחדשת הגדולים בעולם, Advanced Clean Energy Storage Hub, נמצא כעת בבנייה ביוטה שבארה"ב. רכזת זו מתמודדת עם ייצור, אחסון והפצה של מימן ירוק כדי להדגים טכנולוגיות חיוניות לרשת חשמל עתידית. מיצובישי פאוור, מותג פתרונות כוח של מיצובישי תעשיות כבדות (MHI), מספקת את הטכנולוגיה להפקת מימן מאנרגיה מתחדשת, שתאוחסן לאחר מכן בסדרה של מערות מלח. הם ייבנו עמוק מתחת לאדמה בכיפת מלח המשתרעת על יותר מ-4,800 דונם. כל מערה תהיה בקוטר של כ-67 מטרים ובגובה של 580 מטרים. מיצובישי פאוור גם מעורבת בפרויקט דומה עם Texas Brine בארה"ב, שבו מופק מלח ממערות ענק כדי לפנות מקום לאגירת מימן. אחסון גז במערות מלח הוא שיטה מבוססת ובדוקה, המאפשרת העברת ידע שנוצר מניסיון האחסון הלכה למעשה. אפשרויות אחרות לאחסון גיאולוגי כוללות שדות נפט מדוללים ואקוויפרים.
2. מימן נוזלי
מלבד אחסון המימן במצב גז, ניתן לאחסן אותו גם כנוזל. קבוצת MHI, יחד עם תעשיית החלל כולה, השתמשה במימן נוזלי לדלק רקטות במשך שנים רבות. אבל אחסון מימן נוזלי הוא מורכב מבחינה טכנית, וככזה, היסטורית היה יקר מאוד. באיזה תנאים אפשר לאחסן מימן נוזלי? יש לקרר מימן ל-253 מעלות צלזיוס ולאחסן במיכלים מבודדים כדי לשמור על טמפרטורה נמוכה וזה כדי למזער את האידוי. זה דורש פתרון אחסון מורכב מאוד. עד היום המורכבות והעלות הגבילו את השימוש במימן נוזלי. חלק מהמשתמשים הגדולים ביותר כוללים את תעשיית שבבי המוליכים למחצה ואת יישום מימן הידוע ביותר עבורו: כדלק רקטי לשיגור חלל. סוכנות האנרגיה הבינלאומית הדגישה בדו"ח המימן האחרון שלה שעדיין יש צורך להגדיל טכנולוגיות קריטיות כמו נזילות. הוא הצביע על השקת המשלוח הראשון של מימן נוזלי בין אוסטרליה ליפן בתחילת 2022 כאבן דרך מרכזית. עם התפשטות ההיצע והביקוש למימן כמקורות מתחדשים יהפוך הליך ההנזלה לאפשרות אחסון ותחבורה ברמה פרקטית.
3. אחסון מימן דחוס
כמו כל גז, ניתן גם לדחוס מימן ולאחסן אותו במיכלים, ולאחר מכן להשתמש בו לפי הצורך. עם זאת, נפח המימן גדול בהרבה מזה של פחמימנים אחרים – כמעט פי ארבעה מהגז הטבעי. למטרות טיפול מעשיות, מימן צריך להיות דחוס. לדוגמה, מכוניות המונעות בתאי דלק פועלות על מימן דחוס הכלול במיכלים גדולים בלחץ גבוה. אם היישום דורש צמצום נפח המימן יותר ממה שניתן להשיג דחיסה, ניתן להמיס אותו. ניתן גם לשלב את שתי הטכניקות – דחיסה והנזלה. צפיפות האנרגיה הנמוכה של המימן, הנפח הגבוה והצורך באחסון קריוגני הם חלק מהחסמים הגדולים ביותר לצמיחת שיטת השימוש באנרגיה באמצעות מימן. זה נכון במיוחד עבור יישומי ניידות כגון הובלה כבדה, כאשר החלל ודרישות אחרות לאחסון מימן יפחיתו באופן דרסטי את מקום הנוסעים והמטען. אותו הדבר חל על כלי רכב, שבהם צריך לאזן בין מרווח הנוסעים לטווח הנסיעה. פתרון אחד הוא סוג חדש של מיכלים לתחום הרכב – אחד מפרויקטים רבים של תשתית מימן הנתמכים על ידי האיחוד האירופי.
4. אחסון מבוסס חומרים
חלופה למימן דחוס ומנוזל הוא אחסון על בסיס חומרים. כאן משתמשים במוצקים ובנוזלים המסוגלים מבחינה כימית לספוג או להגיב עם מימן לקשירתו. זה כולל יצירת הידרידים ממתכת מיסודות כמו פלדיום – שיכולים לספוג פי 900 מהנפח שלו במימן – כמו גם מגנזיום, אלומיניום וסגסוגות מסוימות. השימוש באמוניה – תרכובת של מימן וחנקן – כנשא למימן הוא, ללא ספק, האפשרות בעלת הפוטנציאל הרב ביותר. צפיפות האנרגיה שלו בנפח כמעט כפולה מזו של מימן נוזלי, מה שמקל בהרבה על אחסון ושינוע. המשמעות היא שמימן הופך לאמוניה, מועבר ליעדו ואז "נסדק" כדי לשחרר את המימן בנקודת השימוש שלו. פיצוח האמוניה נמצא עדיין בשלב הפיתוח המוקדם ושיעורי ההמרה נותרים נמוכים – כשליש במקרה הטוב. הוצע שאמוניה תוכל להפוך ל"סוס העבודה" של חברת מימן עתידית, במיוחד כאשר שימוש ישיר במימן אינו אופציה. מדינות כמו יפן ודרום קוריאה מחפשות לייבא אמוניה מכיוון שיש להן פחות הזדמנויות לייצר מימן ולהביא אותו לנקודות האגירה. לדוגמה, חטיבת בניית הספינות של MHI מתכננת ספינה שתופעל על ידי מימן וגם תשלח אמוניה. רוב המדינות באירופה ובארה"ב נוטות יותר לתת עדיפות למימן מכיוון שניתן לייצר ולצרוך אותו בקלות רבה יותר באופן מקומי, כמו בתוך אשכולות תעשייתיים או באמצעות צינורות.
האם מימן בטוח?
בטיחות היא נושא חשוב כשמדובר בדלקים דלי פחמן, במיוחד כאשר הם עשויים להיות מאוחסנים, בתהליך הובלה או שימוש במסגרות שבהן הציבור עלול להיחשף אליהן. מימן אינו רעיל ומתפזר במהירות מכיוון שהוא קל יותר מאוויר. עם זאת, עדיין ישנם סיכונים שיש לקחת בחשבון. בשילוב עם אוויר ובריכוז מספיק, מימן יכול להיות דליק. לכן אוורור וגילוי דליפות הם חיוניים בכל מקום שבו מימן מאוחסן ומשתמשים בו. גלאים מיוחדים נדרשים מכיוון שמימן נשרף עם להבה כמעט בלתי נראית. מיכלי אחסון צריכים להיות חזקים מספיק כדי לעמוד בהתפרקות, שעלולה לגרום לסדקים בחומרים מסוימים. כל השלבים האלה יבטיחו שהמימן יישאר דלק בטוח לעתיד.
היכן אפשר לאחסן מימן?
ברור ששחרור הפוטנציאל של מימן ליצירת חברות וכלכלות נטולות פחמן באמת יהיה תלוי בזיהוי שיטת האחסון המתאימה ביותר לכל יישום. וזה לא קשור רק לאפשרויות הטכניות – כל גישה צריכה להיות כדאית כלכלית. אבל המדע לא עומד במקום: מדענים מאוניברסיטת לנקסטר בבריטניה גילו חומר חדש שיכול לאחסן פי ארבעה יותר מימן באותו נפח כמו הטכנולוגיות הנוכחיות של תאי דלק. זה גם לא דורש חימום וקירור חיצוניים. בעוד שההתמקדות המחקרית הייתה במכוניות מונעות במימן, ההשלכות של הגילוי הזה עשויות בסופו של דבר להגיע רחוק יותר כדי לעזור לפתוח שוק המוני למימן.
