עם התקדמות המגמה העולמית לצמצום הפליטות שגורמות למשבר האקלים גובר הצורך להקטין את פליטות גזי החממה. גזי החממה כוללים פחמן דו-חמצני והם נובעים משימוש בדלקים פוסיליים (ממאובנים). מכאן עולה הצורך במציאת מקורות אנרגיה חלופיים, שאינם גורמים לפליטת מזהמים. הצורך במעבר לאנרגיה נקייה משותף לגורמים רבים, אך עם זאת, האתגרים שבצדו דורשים שילוב ידיים ומאמץ משותף של גורמים רבים מדינתיים, אקדמיים, פרטיים וציבוריים.
איתור הפתרון האלטרנטיבי
זה זמן רב מחפשים אחר פתרונות להחלפת הדלקים הפוסיליים לאנרגיה ירוקה (מתחדשת), שאינה פולטת פחמן. יישום פתרונות כגון אנרגיית השמש או אנרגיית הרוח, אורך זמן רב, וכמו כן, זה פתרון חלקי בלבד. לכן, אחד הפתרונות המובילים הוא "אנרגיית המימן" או בשמה הנוסף "כלכלת המימן".
למימן פוטנציאל רב בתחום האנרגיה הירוקה, כיוון שהוא מגלם אפשרות נקייה, בת-קיימא וגמישה בהתגברות על מכשולים מרובים בדרכה של כלכלה משגשגת דלת פחמן.
מימן הוא רב-תכליתי. הטכנולוגיות הקיימות כיום מאפשרות להשתמש בו כדי לייצר, לאגור ולהשתמש בו כאנרגיה באופנים שונים. שינוע המימן יכול להיעשות במגוון דרכים: גז בצנרת, גז נוזלי, המועבר באמצעות ספינות ייעודיות, או המרתו לחומר כימי (פתרונות כימיים), כגון אמוניה או DME, אשר המימן הוא המרכיב העיקרי בהם. שימושי המימן כמקור אנרגיה מגוונים - דלק למכוניות, למשאיות, לספינות ולמטוסים, ייצור חשמל, חימום בתים, וחומר גלם לתעשייה.
בשנים האחרונות אימצו מדינות רבות את היתרונות הרבים הטמונים במימן כדלק עתידי, בדגש על היתרונות הסביבתיים. האיחוד האירופי ומדינות כגרמניה, צרפת, הולנד, בריטניה, וכן סין, וקליפורניה ארה"ב מקדמים מיזמי ענק לקידום השימוש בתחבורה במימן, אשר תוצר הלוואי שלו הוא מים. יותר ויותר מתגבשת ההבנה שהגדלת השימוש במימן תאפשר את הקטנת השימוש באנרגיות מזהמות ואת הקטנת הפליטות, כפי שסוכם בוועידות העולמיות השונות.
מדינות רבות בעולם משקיעות כיום משאבים בפיתוח כלכלת מימן, המאֲפּסת את הפליטות המזהמות. זאת, כיוון שעל פי רוב התחזיות, הביקוש העולמי למימן צפוי לגדול בקצב מואץ. המימן עתיד לשמש כחלופה לגז טבעי במפעלי התעשייה המסורתית (כמקור לאנרגיה נקייה וכחומר זינה וגלם), לייצור חשמל כחלופה לגז טבעי בתחנות המונעות בגז, לתחבורה כדלק למכוניות, למשאיות, לספינות וגם ככלי לאגירת אנרגיה.
מקור: המכון הישראלי לאנרגיה וסביבה דף מידע 372
מימן – מיון לפי הפקה
מימן הוא היסוד הנפוץ בטבע, אולם כמעט ואינו קיים בצורתו הטהורה. אפשר להפיק מימן מכמה מקורות: מים, חומרים אורגניים, כגון גז טבעי ופחם.
מקובל לסווג את המימן לכמה סוגים בהתאם לחומר הגלם המשמש לייצורו, ותהליך הייצור.
מימן חום - מופק מפחם וכרוך בפליטות גבוהות של פחמן דו-חמצני.
מימן אפור - מופק ממתאן (מרכיב עיקרי בגז הטבעי) וכרוך בפליטות נמוכות יותר של פחמן דו-חמצני, ומתקבל גם כתוצר לוואי של תהליכים תעשייתיים.
מימן כחול - מימן שמופק מדלקי מאובנים / פוסיליים. תהליך ההפקה כולל גם תפיסת הפחמן ואחסונו המוֹנע מגזי החממה להיפלט לאטמוספירה.
מימן ירוק - מימן שמופק ממים (תוצר הלוואי של התהליך הוא חמצן), כאשר תהליך ההפקה מתבצע באמצעות חשמל מאנרגיה מתחדשת (שמש או רוח).
ייצור – הפקת המימן
הפקת מימן היא תהליך הצורך אנרגיה רבה. לעתים, יעילוּת התהליך נמוכה, נוסף על סוגיות בטיחות שיש להביא בחשבון. אנרגיה רבה נדרשת גם לשינועו ולאחסונו של המימן בהשוואה לדלקים ממקור מאובן/פוסיליים. כיום, עלויות ההפקה של מימן ירוק הן גבוהות מהפקת מימן באמצעות דלקים פוסיליים, וכן, ההשקעה הראשונית בתשתיות גבוהה. התחזיות מצביעות על כך שבשנת 2050 בין 18 ל-20 אחוז מצריכת האנרגיה בעולם יהיו מבוססים על מימן.
כיום, התפלגות מקורות ייצור המימן בעולם היא זו: כ-75% מגז טבעי, 23% מפחם, פחות מ-2% באמצעות אלקטרוליזה של המים והיתרה ממקורות שונים.
על פי התחזית העתידית, ייצור המימן יוקצה למימן ירוק ולמימן כחול. ההערכה היא שבשנת 2050 שיעור המימן הכחול יהיה בין 20 ל-40% מהייצור, והמימן הירוק יהיה בין 60 ל-80% מהייצור. להלן ההדגמה באיורים הבאים:
מקור: Hydrogen Council
שימושים
שימוש נוכחי
כיום שימושו העיקרי של המימן בעולם הוא כחומר גלם לתעשייה ליצור דשנים וכימיקלים. כ-55% משמשים כחומר גלם ליצור אמוניה; כ-25% משמשים בתהליכי זיקוק הנפט; 10% בייצור מתנול, והיתר לטיפול במתכות, פלדות ולעיבוד מזון.
מקור: Hydrogen Council
שימוש עתידי
אנרגיית המימן היא רב-גונית. אפשר לנצלה כגז, או כנוזל, להמיר אותה לצורת אנרגיה אחרת כחשמל או כדלק. שינוע המימן הוא בעייתי. כדי לשנע אותו כנוזל, יש לקררו לטמפרטורה של מינוס 253 מעלות צלזיוס או לדחסו ללחץ גבוה, לטובת שינועו כגז דחוס. שיטה נוספת מאפשרת להמירו לאמוניה נוזלית ולשנע אותה כנוזל, ולהשתמש באמוניה במקום ישירות במימן - או להמירה בחזרה למימן.
השימושים האפשריים של המימן רבים ומכסים תחומי תעשייה וצריכה רבים, החל מייצור חשמל, שימוש כדלק בענף השינוע, תחבורה על צורותיה (יבשתית, ימית ואווירית), כחומר גלם בתעשייה; שימוש כחומר הזנה בתעשייה לנטרול ולתפיסת הפחמן, לחימום בתים ועוד.
מקור: Hydrogen Council
מקור: Hydrogen Council
בטיחות, גיהות – תכונות המימן
למימן יתרונות רבים. עם זאת, הוא מוגדר כחומר מסוכן. גז המימן משתייך לקבוצת הגזים הדליקים (קבוצת סיכון 2.1). הסיכון העיקרי במימן נובע מכך שהוא יוצר תערובת דליקה עם האוויר בטווח רחב ביותר וניצת בקלות, גם בריכוזים נמוכים באוויר. אחת התכונות של מימן נוזלי היא שכמות קטנה של נוזל מתפשטת לנפח גדול מאוד של גז.
מימן מוגדר גם כגז חנק. שחרור בחלל שאינו מאווור מספיק עשוי לגרום לירידה באחוזי החמצן ולהשפיע על הנמצאים במקום. החנק הנגרם מחוסר חמצן יכול להתרחש במהירות וללא התראה מוקדמת.
הגזים והאדים של המימן הנוזלי קרים ביותר ובמגע עם עור הגוף הם גורמים לכוויות קור. אפילו חשיפה קצרה יכולה להרוס רקמות עדינות, כמו העיניים. נשימה ממושכת של אוויר קר באופן קיצוני עשויה לגרום לנזק לריאות.
השימוש במימן במצבו הנוזלי או הגזי מחייב את התאמת מערכות הייצור, השינוע, האחסון והשימוש לסיכונים שעשויים לנבוע ממנו. בעת הטיפול במימן יש להשתמש בציוד מגן אישי, המותאם לתצורת המימן שבו משתמשים (נוזל או גז), הכולל ביגוד ונעלי בטיחות מותאמים, משקפי מגן, ציוד להגנת הנשימה ועוד.
תכונות
- גז חסר צבע וריח; מקשה על זיהויו במקרה של דליפה.
- ניצת בקלות ובוער בלהבה חלשה וכמעט בלתי נראית.
- דליק בטווח רחב ביותר של ריכוזים בין 4% ל-74.2% באוויר.
- אנרגיית הצתה נמוכה (MIE).
- האנרגיה הנפלטת בדלֵקה או בפיצוץ גבוהה מאוד.
- דליפה בחלל סגור עשויה לדחוק את החמצן (גז חנק).
- יחס ההתפשטות הוא של ליטר אחד (1) של מימן נוזלי ל-845 ליטר של גז.
סיכום:
מימן יהיה נדבך מרכזי באימוץ אנרגיות חדשות, הנדרשות כדי להגביל את ההתחממות הגלובלית. העולם יצטרך לבצע שינוי דרמטי שנה אחר שנה, כדי להקטין את פליטת הדו-תחמוצת הפחמן ב-60% עד שנת 2050, למרות הגידול העולמי באוכלוסייה והעלייה ברמת החיים, הגורמים להעלאת צריכת האנרגיה.
מקורות
♦ המכון הישראלי לאנרגיה וסביבה - דפי מידע – מזרימים אנרגיה
♦ מוסד שמואל נאמן למחקר מדיניות לאומית, שילוב מימן במשק האנרגיה - סיכום והמלצות דיון פורום אנרגיה 49. פרופ' גרשון גרוסמן, נעמה שפירא, אפריל 2021.