מחקרים

כיצד אפשר לאגור לאורך זמן אנרגיה המופקת ממקורות אנרגיה מתחדשים, טבעיים ונקיים, כמו למשל שמש או רוח? בעיה זו מעסיקה כיום מדענים בכל העולם, ובמעבדתו של פרופ' עמנואל פלד מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, שוקדים על פיתוחו ושדרוגו של פתרון מהפכני, זול ויעיל - תאי דלק הפיכים. עד היום רשמה הקבוצה עשרה פטנטים וכן מספר שיאי עולם בהספק חשמלי של תאי דלק מסוגים שונים.

"קיימות היום שיטות רבות לקציר אנרגיה ממשאבים מתחדשים, אך לכולן חולשה משותפת: אי־סדירות הופעתם של מקורות האנרגיה המתחדשים בהם אנו עושים שימוש. יש ימי שמש וימים מעוננים, הרוח מתחזקת ונחלשת לסירוגין, וכן הלאה", מסביר פרופ' פלד, שחוקר ומפתח תאי דלק באוניברסיטת תל־אביב מזה כ-30 שנה. "לכן, כדי שנוכל סוף-סוף לדחוק את השימוש בנפט, בפחם, בגז ובגרעין לטובת סביבה נקייה יותר, אנו חייבים להפוך את קציר האנרגיה המתחדשת לתהליך יציב ומשתלם כלכלית. המפתח לכך טמון בפיתוח אמצעים זולים ויעילים לאגירת אנרגיה. מצברי העופרת או הליתיום המשמשים אותנו כיום לאגירת חשמל אינם מסוגלים לענות על הדרישה, כיוון שהם יקרים מדי ואורך החיים שלהם מצומצם מדי. תאי דלק הפיכים, לעומתם, הם אחד הפתרונות המבטיחים שמוצעים כיום לאגירת אנרגיה מתחדשת".

תאי דלק עם חיים ארוכים

כיצד פועל תא הדלק ומהם יתרונותיו? בדומה למצבר, תא הדלק הוא מתקן שאוגר אנרגיה בצורה כימית וממיר אותה לחשמל בעת הצורך. אך יש מספר הבדלים משמעותיים בין השניים: ראשית, לתאי דלק חיים ארוכים פי כמה בהשוואה למצברי עופרת או ליתיום, מכיוון שהבלאי של הכימיקלים המשתתפים בתהליך נמוך במידה רבה. כיצד משיגים זאת? הכימיקלים של תא הדלק אגורים מחוץ ליחידה המרכזית של התא במצב נוזל או גז, בניגוד לאלקטרודות המוצקות שממוקמות בתוך מארזי המצברים.

שנית, הכימיקלים שבתאי הדלק הם מראש זולים במידה משמעותית מאלה המשמשים במצברים. בנוסף, בלבו של תא הדלק שוכנת ממברנה ייחודית שפותחה במעבדתו של פרופ' פלד בשילוב עם שיטה המאפשרת את ייצורה התעשייתי, והיא משמשת כמעבר בררני לחלקיקים זעירים בין הקטבים החשמליים בתהליך יצירת החשמל.

דור העתיד של המצברים למכוניות חשמליות

כל אלה יחדיו מגבירים במידה ניכרת את הכדאיות הכלכלית של השימוש בתאי דלק במגוון יישומים. ואכן, קבוצתו של פרופ' פלד מפתחת תאי דלק מסוגים מגוונים, שכל אחד מהם מיועד למטרה שונה ועושה שימוש בכימיקלים אחרים: תא דלק הפיך שאמור להוות יחידת בסיס למאגר אנרגיה גדול - כמו בתחנת כוח הקוצרת את אנרגיית השמש או הרוח - פועל באמצעות תמיסת חומצה ברומית וגז מימן. תא אחר, המיועד למכשירים אלקטרוניים ניידים, מוזן ישירות במתנול דווקא. ובתחום הלוהט של כלי הרכב החשמליים הגה פרופ' פלד רעיון מהפכני - תא הפועל על נתרן ואוויר, ומתחרה בהצלחה בתאי ליתיום-אוויר, שנחקרים היום בכל העולם ונחשבים לדור העתיד של המצברים למכוניות חשמליות. שני סוגי התאים, הן זה הפועל על נתרן והן זה שפועל על ליתיום אמורים להקנות לרכב החשמלי טווח נסיעה של 500 ק"מ לטעינה אחת, פי שלושה מהטווח האפשרי כיום.

אולם, לשימוש בנתרן יתרונות משמעותיים: הוא זול וזמין מהליתיום ועמיד מול חומרים רבים יותר - דבר שיאפשר חיסכון גם בעלויות המארז והאלקטרודות. בסופו של דבר, אמור תא מבוסס נתרן לעלות רק כמחצית ממחירו של תא מבוסס ליתיום, בעוד שביצועיו - על־פי המחקרים במעבדתו של פרופ' פלד, שאף הוציא פטנט על התא החדשני - אינם נופלים במאומה מאלה של מתחרהו הפופולרי.

כיום, משהוכחו ההיתכנות והכדאיות של תאי הדלק, מתמקדת קבוצתו של פרופ' פלד בשיפור מבנה האלקטרודות ואיכות הזרזים בתא, במטרה להוזיל עוד יותר את מחיר התפעול. אם תצלח מלאכתם, ייתכן שבעוד מספר שנים נוכל כולנו להגדיר מחדש את המושג "מצבר".

מתוך החוברת "מחליפים כוח" בעריכת דוברת האוניברסיטה >>