מגזין הטכניון | סתיו 2019

25 וקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית נקייה, זולה ובטוחה לייצור מימן. הטכנולוגיה משפרת משמעותית את נצילות הפקת המימן מכ- בשיטות המקובלות היום לשיא חסר תקדים של 75% . על סמך טכנולוגיה זו הקימו החוקרים את חברת 98.7% העוסקת בתרגום הטכנולוגיה H 2 Pro הסטארטאפ ליישום מסחרי. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת . Nature Energy - E-TAC water splitting הטכנולוגיה החדשנית - מבוססת על תהליך מחזורי שבו משתנה ההרכב הכימי של האנודה לסירוגין. בשלב הראשון, שמתבצע בעזרת זרם חשמלי, מייצרת הקתודה מימן והאנודה משנה את הרכבה הכימי בלי לייצר חמצן. בשלב השני, שמתבצע ללא זרם חשמלי, הקתודה פסיבית ואילו האנודה מייצרת חמצן. בסוף השלב השני חוזרת האנודה למצבה ההתחלתי והמחזור מתחיל מחדש. המחקר נערך במסגרת תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי ) על ידי פרופ’ אבנר רוטשילד GTEP וסטיבן גרנד ( מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים ופרופ’ גדעון גרדר מהפקולטה להנדסה כימית, עם ד”ר חן דותן והדוקטורנטית אביגיל לנדמן, העושה את הדוקטורט בהנחיה משותפת של הפרופסורים גרדר ורוטשילד. 65- בכל שנה מיוצרות בעולם כמויות מימן עצומות: כ מיליארד דולר, השקולות 130- מיליון טונות בשווי של כ ), שהם EJ אקסה-ג’אול ( 9- מבחינה אנרגטית לכ ). כמויות אלה גדלות TWh טרה-ואט בשעה ( 2,600- כ השנים 20- בהתמדה וצפויות לשלש את עצמן ב 28 צפויה צריכת המימן לעמוד על 2040 הבאות; בשנת אקסה-ג’אול. מהמימן מופק כיום מגז טבעי בתהליך הקרוי 99%- כ CO 2 מסך פליטות ה- 2%- . תהליך זה אחראי לכ SMR שמקורן בפעילות אנושית, ולכן נחוצות חלופות הפקה נקיות וידידותיות יותר לסביבה. החלופה הנקייה העיקרית הקיימת כיום היא אלקטרוליזה של מים. בתהליך זה מוצבות שתי אלקטרודות, אנודה וקתודה, במים המועשרים בבסיס או בחומצה המגבירים את מוליכותם החשמלית. בתגובה להעברת זרם חשמלי בין האלקטרודות מתפרקות מולקולות המים ונוצר גז מימן בקרבת הקתודה וחמצן בקרבת האנודה. התהליך כולו מתרחש בתא אטום הנחלק לשניים - בחלק אחד נאסף המימן ובחלק אחר החמצן. הפקת מימן בדרכים נקיות, בניגוד להפקתו מגז טבעי , נתקלת בשורה של אתגרים טכנולוגיים. SMR בתהליך אחד מהם הוא הפסד אנרגטי משמעותי; הנצילות האנרגטית של תהליכי אלקטרוליזה כיום עומדת על בלבד, ומשמעה צריכה גבוהה של חשמל. 75%- כ קושי נוסף קשור בממברנה המחלקת את תא האלקטרוליזה לשניים; ממברנה זו, הנדרשת כדי לאסוף את המימן בצד אחד ואת החמצן בצד השני, מגבילה אטמוספרות, 30 עד 10- את הלחץ בתא האלקטרוליזה ל בשעה שבמרבית היישומים נדרש לחץ של מאות אטמוספרות. לדוגמה, בכלי רכב חשמליים המכילים 700 תאי דלק נדרשת דחיסה של המימן בלחץ של אטמוספרות. כיום מוגבר הלחץ באמצעות מדחסים גדולים ויקרים המסבכים את התפעול ומגדילים את עלויות ההתקנה והתחזוקה של המערכת. הממברנה דורשת תחזוקה והחלפה תקופתית, ונוכחותה מסבכת את הרכבת מתקן הייצור וכך מעלה מאוד את מחירו. כמה יתרונות משמעותיים על E-TAC לטכנולוגיית ) ביטול הצורך בממברנה החוצצת 1( : פני אלקטרוליזה בין האנודה לקתודה בתא האלקטרוליזה. כך נחסכות עלויות הממברנה ואחזקתה וכן עלויות הדחיסה של ) ביטול 2( . המימן, הנדחס כעת כבר בשלב ההפקה הסיכון שבמפגש הנפיץ בין החמצן למימן, מפגש העלול להיווצר בתהליך האלקטרוליזה הרגיל במקרה ) התהליך החדש 3( ; שהממברנה אינה אטומה לגמרי חוסך את הצורך בחשמל בשלב יצירת החמצן ומגדילה בשיטות המקובלות 75%- את נצילות התהליך מכ ) טכנולוגיית 4( ;98.7% : לנצילות אנרגטית חסרת תקדים צפויה להוזיל לא רק את עלויות התפעול אלא E-TAC מעריכים שעלות ציוד H 2 Pro גם את עלות הציוד. ב- תהיה כמחצית מעלותו E-TAC הפקת מימן בתהליך ה- של ציוד המבוסס על טכנולוגיות קיימות. שנה, ומאז 200- האלקטרוליזה התגלתה לפני למעלה מ עברה שינוי משמעותי הנובע מהצטברות של שיפורים נקודתיים. כעת מציגים חוקרי הטכניון שינוי תפיסתי דרמטי שיוביל להערכתם להפקת מימן זולה, נקייה ובטוחה. לדבריהם, התהליך החדש עשוי לחולל מהפכה בייצור מימן, תוך התבססות על אנרגיה נקייה ומתחדשת כגון אנרגיה סולרית או אנרגיית רוח. ההערכות הראשוניות מצביעות על אפשרות לייצור מימן בקנה מידה תעשייתי בעלויות ייצור תחרותיות. מפתחי הטכנולוגיה פרופ’ גרדר, פרופ’ רוטשילד וד”ר דותן חברו , שקיבלה H 2 Pro והקימו את Viber למייסדי חברת רישיון בלעדי למסחור הטכנולוגיה מיחידת המסחור של מיליון דולר בהובלת 5- ) וכבר גייסה כ T 3 מוסד הטכניון ( חברת יונדאי. המחקר נתמך על ידי תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן ), תרומת אד סאטל, קרן אדליס, GTEP גרנד בטכניון ( משרד האנרגיה והנציבות האירופית (תוכנית המסגרת של האיחוד האירופי). 2020 ח פיצול מים – אילוסטרציה. בתהליך שפותח בטכניון מפוצלים את המים 98.7% - למימן ולחמצן בשני שלבים שונים וביעילות חסרת תקדים