דלק מימן

דלק מימן הוא דלק ללא-פליטה הנשרף עם חמצן. ניתן להשתמש בו בתאי דלק או במנועי בעירה פנימית. הוא משמש מזה שנים באוטובוסים של תאי דלק, ולאחרונה הוחל להשתמש בו גם ברכבי תאי דלק קטנים יותר. הוא משמש גם כדלק להנעת חלליות.

נכון לשנת 2018, מרבית המימן (כ-95%) מיוצר מדלקים מאובנים על ידי שינוי קיטור או חמצון חלקי של מתאן והגזת פחם, ועם כמות קטנה בלבד בדרכים חלופיות כגון הגזת-ביומסה או אלקטרוליזה של מים[1][2] או תרמו-כימיה סולארית,[3] דלק סולארי ללא פליטת פחמן.

מימן נמצא בקצה השמאלי העליון של הטבלה המחזורית, כלומר זהו היסוד הראשון והקל מכולם. מכיוון שמשקל המימן קטן מאוויר, הוא עולה באטמוספירה ולכן נמצא לעיתים רחוקות בצורתו הטהורה, H2.[4] בלהבה של גז מימן טהור, הבוער באוויר, המימן (H2) מגיב עם חמצן (O2) כאשר התוצרים הם מים (H2O) ואנרגיה עודפת המשתחררת.

אנרגיה + (2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g

אם התהליך מתבצע באוויר אטמוספירי במקום חמצן טהור, כפי שקורה בדרך כלל, בעירת מימן עשויה להניב כמויות קטנות של תחמוצות חנקן, יחד עם אדי המים.

האנרגיה המשתחררת מאפשרת למימן לפעול כדלק. בתא אלקטרוכימי ניתן להשתמש באנרגיה ביעילות גבוהה יחסית. אם משתמשים בו פשוט לחום, חלות מגבלות התרמודינמיקה הרגילות על היעילות התרמית.

מימן נחשב בדרך כלל כמוביל אנרגיה, כמו חשמל, מכיוון שהוא חייב להיות מיוצר ממקור אנרגיה ראשוני כגון אנרגיה סולארית, ביומסה, חשמל (למשל בצורת מערכת פוטו-וולטאית או באמצעות טורבינות רוח), או פחמימנים כגון גז טבעי או פֶּחָם.[5] ייצור מימן קונבנציונלי באמצעות גז טבעי גורם להשפעות סביבתיות משמעותיות; כמו בכל שימוש בפחמימנים, פחמן דו-חמצני נפלט.[6] עם זאת, תוספת של 20% מימן (חלק אופטימלי שאינו משפיע על צינורות גז ומכשירים) לגז טבעי יכולה להפחית את פליטת ה-CO2 הנגרמת על ידי חימום ובישול.[7]

הפקהעריכה

מכיוון שמימן טהור אינו מופיע באופן טבעי בכדור הארץ בכמויות גדולות, הוא בדרך כלל דורש קלט אנרגיה ראשוני כדי לייצרו בקנה מידה תעשייתי.[8] ניתן לייצר דלק מימן ממתאן או באמצעות אלקטרוליזה של מים.[9] נכון לשנת 2020, רוב המימן (כ-95%) מיוצר מדלקים מאובנים על ידי שינוי קיטור או חמצון חלקי של הגזת מתאן ופחם עם כמות קטנה בלבד בדרכים אחרות כגון הגזת ביומסה או אלקטרוליזה של מים.[1][10][11]

שנוי צורה בקיטור-מתאן, הטכנולוגיה המובילה כיום לייצור מימן בכמויות גדולות,[12] מחלצת מימן ממתאן. עם זאת, תגובה זו משחררת לאטמוספירה פחמן דו-חמצני ופחמן חד-חמצני שהם גזי חממה אקסוגניים למחזור הפחמן הטבעי, וכך תורמים לשינוי האקלים.[4] באלקטרוליזה החשמל מועבר במים כדי להפריד את אטומי המימן והחמצן. בשיטה זו ניתן להשתמש באנרגיית רוח, סולארית, גיאותרמית, הידרו, דלקים מאובנים, ביומסה, גרעינית ועוד מקורות אנרגיה רבים אחרים.[5] השגת מימן מתהליך זה נחקרת כדרך קיימא לייצר אותו מבית באופן זול.

למרות מספר פריצות דרך טכנולוגיות בעשור השני של המאה ה-21, ששיפרו משמעותית את יעילות הפקתו, עד סוף העשור טרם השתלב המימן כמקור אנרגיה נפוץ, מכיוון שעדיין נותר, בהשוואה למקורות האנרגיה המקובלים, פחות יעיל להפקה ולכן יקר משמעותית.[13]

סיכוניםעריכה

דלק מימן מסוכן בגלל אנרגיית ההצתה הנמוכה שלו יחד עם אנרגיית הבעירה הגבוהה של מימן, וכן מכיוון שהוא נוטה לדלוף בקלות ממכלים.[14] היו דווחים על פיצוצים בתחנות מילוי דלק למימן.[15] תחנות תדלוק מימן בדרך כלל מקבלות משלוחי מימן באמצעות משאיות אספקת מימן. הפרעה במתקן לאספקת מימן יכולה להשבית מספר תחנות לתדלוק מימן.[16]

ראו גםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ 1 2 Roberts, David (16 בפברואר 2018). "This company may have solved one of the hardest problems in clean energy". Vox (באנגלית). בדיקה אחרונה ב-30 באוקטובר 2019. 
  2. ^ Ogden, J.M. (1999). "Prospects for building a hydrogen energy infrastructure". Annual Review of Energy and the Environment 24: 227–279. doi:10.1146/annurev.energy.24.1.227free 
  3. ^ "Q & A: DLR's Christian Sattler on the Role of Solar Thermochemistry in Green Hydrogen Production". SolarPACES.org. 
  4. ^ 1 2 Altork, L.N. & Busby, J. R. (2010 Oct). Hydrogen fuel cells: part of the solution. Technology & Engineering Teacher, 70(2), 22-27.
  5. ^ 1 2 Florida Solar Energy Center. (n.d.). Hydrogen Basics. Retrieved from: http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/index.htm
  6. ^ Zehner, Ozzie (2012). Green Illusions. Lincoln and London: University of Nebraska Press. עמ' 1–169, 331–42. 
  7. ^ "Climate change hope for hydrogen fuel". BBC News. 2 בינואר 2020. 
  8. ^ Wang, Feng (מרץ 2015). "Thermodynamic analysis of high-temperature helium heated fuel reforming for hydrogen production". International Journal of Energy Research 39 (3): 418–432. doi:10.1002/er.3263. 
  9. ^ Jones, J.C. (מרץ 2015). "Energy-return-on-energy-invested for hydrogen fuel from the steam reforming of natural gas.". Fuel 143: 631. doi:10.1016/j.fuel.2014.12.027. 
  10. ^ Ogden, J.M. (1999). "Prospects for building a hydrogen energy infrastructure". Annual Review of Energy and the Environment 24: 227–279. doi:10.1146/annurev.energy.24.1.227free 
  11. ^ "Life cycle emissions of hydrogen". 4thgeneration.energy. בדיקה אחרונה ב-27 במאי 2020. 
  12. ^ U.S. Department of Energy. (2007 Feb). Potential for hydrogen production from key renewable resources in the United States. (Technical Report NREL/TP-640-41134). National Renewable Energy Laboratory Golden, CO: Milbrandt, A. & Mann, M. Retrieved from: http://www.afdc.energy.gov/afdc/pdfs/41134.pdf
  13. ^ ולדי אומנסקי, אלה אלקלעי, שוק האנרגיה על סף מהפכה: המימן מתחיל להניע את העולם, באתר TheMarker‏, 20 בדצמבר 2020
  14. ^ Utgikar, Vivek P; Thiesen, Todd (2005). "Safety of compressed hydrogen fuel tanks: Leakage from stationary vehicles". Technology in Society 27 (3): 315–320. doi:10.1016/j.techsoc.2005.04.005. 
  15. ^ Dobson, Geoff (12 ביוני 2019). "Exploding hydrogen station leads to FCV halt". EV Talk. 
  16. ^ Woodrow, Melanie. "Bay Area experiences hydrogen shortage after explosion", ABC news, June 3, 2019