המערכת שתוריד את ריכוז הפחמן הדו-חמצני באוויר

הדי המלחמה דחקו את סוגיית האקלים לשולי החדשות, אבל הימים הקיציים הרבים שפוקדים אותנו בראשית החורף וסופות הגשמים החזקות שמגיעות מיד לאחריהם, הם עדות לכך שאנו נכנסים לעידן הרתיחה. התחממות כדור הארץ נגרמת בשל הצטברות גזי חממה באטמוספירה, בראשם פחמן דו-חמצני (פד"ח). גזי החממה כולאים קרינה שמגיעה מהשמש אל כדור הארץ, אינם מאפשרים לה להיפלט אל מחוץ לאטמוספירה וכך נאגר בה חום.

פיתוח של הקבוצה לאלקטרוכימיה במעבדה של פרופ' דורון אורבך באוניברסיטת בר-אילן מציע פתרון טכנולוגי לספיחת פד"ח מהאוויר בגישה אלקטרוכימית. החידוש משפר שיטה קיימת והופך אותה לכלכלית, בטוחה וישימה.

לאחר המהפכה התעשייתית, כתוצאה משריפה מוגברת של דלקים שונים, ריכוז הפד"ח באוויר עלה בצורה ניכרת, ולכך נוספה לכריתת יערות מסיבית, שמשמעותה צמצום מספר העצים הסופחים פחמן. התוצאה היא עלייה מדאיגה בכמות גזי החממה ושינוי האקלים שבא בעקבותיה. הפתרונות הטכנולוגיים לצמצום ריכוז גזי החממה מתחלקים לשני ענפים עיקריים: מעבר לאנרגיה "ירוקה", כלומר כזאת שכרוכה בפחות פליטות פחמן, למשל באמצעות שימוש בלוחות סולאריים, טורבינות רוח וסכרים הידרואלקטריים; וטכנולוגיות ללכידת פד"ח מהאוויר. קבוצת החוקרים מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת בר-אילן מפתחת פתרון שיענה על אתגרים טכנולוגיים הכרוכים באחת מהשיטות המבטיחות בתחום ספיחת הפד"ח.

פתרון מוכר לספיחת פחמן מבוסס ספיחת פד"ח לנוזל מיוחד, המכיל תרכובות אמיניות. הפד"ח נספג בנוזל ומשתחרר ממנו לאחר חימום. אולם, השיטה מוגבלת מאחר שהנוזל רעיל, יקר ואיכות הספיגה שלו יורדת עם הזמן. לאחרונה, שיטות אלקטרוכימיות - תגובות המעורבות במעבר אלקטרון בין מוליך חשמלי (אלקטרודה) למוליך יוני (לרוב אלקטרוליט) - תופסות תאוצה בהקשר של לכידה ושחרור פד"ח. הירידה המתמשכת במחירי החשמל והפחתת הזיהום הנגרם ממנו כתוצאה משימוש גובר בפאנלים סולאריים מעודדות פיתוח טכנולוגיות המבוססות על שימוש בחשמל. הפיתוח הבר-אילני הוא דוגמה לכך.

העיקרון של השיטות האלקטרוכימיות הוא ייצור "נדנדנת pH" או יצירת "מפל" (מדרג) של שינויי חומציות/בסיסיות באלקטרוליט, שהוא נוזל מוליך העשוי להיות חומצי או בסיסי. העיקרון מתבסס על כך שפד"ח נספג היטב במים בעלי pH בסיסי: הפד"ח מגיב למים ואז נוצרות התרכובות הפחמניות קרבונט או בי-קרבונט. הפד"ח משתחרר בחזרה לסביבה כאשר המים הופכים לחומציים. האלקטרוליט המשמש במערכות כאלה אינו רעיל, ידידותי לסביבה וזול, תכונות חשובות ביותר בהקשר זה.

כדי שהתהליך יתחולל נדרש מעבר זרם חשמלי במערכות מתאימות בתהליך שנקרא אלקטרוליזה. במערכות אלקטרוכימיות כאלה, שיוצרות מדרג ברמת החומציות של המים, יש רכיב שנקרא ממברנה מחליפת יונים. בחלק מהמקרים נפלטים חמצן ומימן במקביל, תכונה המהווה אתגר הנדסי, שמייקר את המערכות ומסכן את יציבותן לאורך זמן. הפיתוח של הצוות מבר-אילן מציג פתרון יעיל לסוגייה הזאת.

החוקרים ד"ר ערן אברהם, ד"ר יצחק כהן וד"ר ברק שפירא, הצליחו, בעקבות מחקר שמומן בעזרת הרשות לחדשנות, לפתח מערכת שיכולה לשלוט בחומציות/בסיסיות של האלקטרוליט ובכך לייצר את "נדנדת ה-pH" ללא שימוש בממברנות וללא פליטת חמצן ומימן באופן סימולטני. לדברי החוקרים, המערכות פשוטות להרכבה, יציבות מאוד ומודולריות. כיום הם מציגים מערכת קטנה וניידת שיכולה ללכוד ולשחרר פד"ח בקצב של בין 0.5 ל-1 ק"ג ליום. לשם הדגמה, בנסיעה ממוצעת ברכב בעל מנוע שריפה פנימית, יכולה להיפלט כמות הקרובה ל-10 ק"ג פד"ח ביום. החוקרים מכוונים לכך שצריכת האנרגיה של המערכת תעמוד על פחות מ-500 קילוואט שעה לטון פד"ח ולעלות כוללת, בשקלול עלויות הקמה ותפעול, של פחות מ-100 דולרים לטון פחמן, יעד שאפתני מאוד לדבריהם. בישראל לדוגמה, ההערכות מדברות על פליטה של מעל 80 מיליון טונות של פד"ח לאוויר בשנה.

כיום, ממשלות בעולם המערבי, מטילות מגבלות על כמות פליטת הפחמן שחברה יכולה לייצר. לפיכך נוצר תמריץ כלכלי לצמצום פליטת פד"ח, מה שלפי הערכות, יכול לגרום לכך שמחירו של טון פד"ח עשוי להגיע לכ-100 דולרים בשנת 2030 (מחיר הפחמן נגזר ממיסוי על פליטות וסחר בין חברות במכסות הפליטות המוקצות להן).

בנוגע להיבט של שחרור הפחמן שנלכד, הקבוצה מציינת שימוש מוצלח במערכת הניידת שפיתחו לצורך הגדלת יבול בחממות על ידי העשרת האוויר בהן בפד"ח. זהו למעשה דשן גזי, שיפוזר באופן אחיד על פני גידולים שונים בתוך חממה. מחקרים מלמדים על קשר ישיר בין העשרת סביבת החממה בפד"ח ובין עלייה ביבול. לדוגמה, העשרת ריכוז הפד"ח בגידולי עגבניות מ-400 חלקים למיליון (הריכוז הרגיל באוויר) ל-800 חלקים למיליון עשויה להגדיל את היבול כמעט פי שניים ולשפר את איכותו.