מרגישים שינוי באוויר: מהפכת האנרגיה המתחדשת

מרבית מקורות האנרגיה המשמשים כיום את בני האדם על פני כדור הארץ הם מקורות אנרגיה מתכלים, כלומר מקורות מוגבלים שאינם יכולים להתחדש תוך פרק זמן קצר. גידול אוכלוסיית כדור הארץ לצד התיעוש הגובר מאז המהפכה התעשייתית, העלו את הדרישה לאנרגיה זולה וזמינה, והגבירו את צריכת האנרגיה בעולם. מקורות האנרגיה המתכלים מתחלקים לשני סוגים. הסוג הראשון כולל דלקים מאובנים, והסוג השני – אנרגיה גרעינית, שמקורה בתגובות גרעיניות. דלקים מאובנים (Fossil) נוצרים כתוצאה מהתאבנות של יצורים (אורגניזמים) בסביבה נטולת חמצן. תהליך ההיווצרות של דלק מאובן כולל קבורה של תרכובות אורגניות, המכילות בעיקר אטומי פחמן (C) ומימן (H), וכן שקיעה ודחיסה של החומר אל מעמקי האדמה למשך זמן ממושך בטמפרטורות ולחצים גבוהים. אנרגיה שמקורה בדלקים מאובנים מופקת משריפה של החומרים נפט (ותוצריו), פחם וגז טבעי, המכילים את היסוד פחמן. 

מקורו של הנפט (Petroleum), שהוא נוזל סמיך ודליק שצבעו שחור, בשרידים של יצורים ימיים כדוגמת אצות ומיני פלנקטון אחרים. הנפט הוא מקור אנרגיה מתכלה מאחר שנדרש זמן ממושך - מיליוני שנים - של תהליכים כימים כדי להפוך את שיירי היצורים לנפט. פחם אבן הוא סלע שחור, המורכב ברובו מהיסוד פחמן. הוא נוצר מצמחים ששקעו בקרקעית ביצות והתאבנו במהלך מאות מיליוני שנים כתוצאה מחום ולחץ, ולכן גם הוא מהווה מקור אנרגיה מתכלה. לפחם האבן היה תפקיד מרכזי במהפכה התעשייתית, מאחר שהוא שימש להנעת מנועי קיטור. גז טבעי מכיל בעיקר מתאן (CH4) וגם הוא נוצר בהתפרקות אטית של צמחים ובעלי חיים ימיים בהיעדר חמצן ותחת לחץ, ולכן גם הוא מקור אנרגיה מתכלה.

בתהליך השריפה של דלקים מאובנים משתחרר לאוויר הגז פחמן דו-חמצני (CO2), המגביר את אפקט החממה על פני כדור הארץ. נוסף על כך, במהלך הייצור של חומרי דלק מאובנים נפלטים אל הסביבה חומרים כגון גפרית דו-חמצנית (SO2), שמזהמים את האוויר והסביבה. אנרגית ביקוע גרעינית בתחנות כוח מופקת על ידי שרשרת מבוקרת של תגובות ביקוע גרעיניות שבהן מופק חום. כור גרעיני אינו פולט חומרים לאטמוספרה, אולם יש לצורך לסלק את הפסולת הרדיואקטיבית מהכורים ולקבור אותה במעמקי האדמה. בעיה סביבתית נוספת הקשורה באנרגיית ביקוע גרעינית עלולה להיגרם במקרה של תקלה בכור, ואז התוצאה עשויה להיות הרת אסון כשקרינה רדיואקטיבית משתחררת לסביבה. כיום נערכים חיפושים אחר מקורות אנרגיה חילופיים, בלתי מתכלים, זולים וידידותיים לסביבה.

אנרגיה מתחדשת (Renewable energy) היא אנרגיה חלופית, בלתי מתכלה, המופקת ממקורות טבע שאינם אוזלים כתוצאה מהשימוש בהם. מקורות אנרגיה מתחדשת כוללים אנרגיה סולרית, אנרגיית רוח, אנרגיה הידרואלקטרית, אנרגיה גאותרמית ואנרגיה המופקת מתהליכים ביולוגים.

אנרגיה סולרית היא אנרגיה שמקורה בקרינת השמש. מתקני אנרגיה סולרית ממירים קרינה אלקטרומגנטית שמקורה בשמש לאנרגיה תרמית או לאנרגיה חשמלית. אנרגיה זו אמנם נמצאת בשפע על פני כדור הארץ ולכן היא נחשבת למקור אנרגיה מתחדשת בעל פוטנציאל עצום, אך קיימים קשיים טכנולוגיים בניצולה היעיל. דוד שמש הוא דוגמה למתקן סולרי לחימום מים, לשימוש ביתי או תעשייתי. ריכוז קרינת השמש על ידי מראות או עדשות וכן מתקנים שעוקבים אחר תנועת השמש בשמים לאורך שעות היום מאפשרים ניצול יעיל יותר של אנרגיית השמש.

תאים פוטו-וולטאים, המכונים תאים סולריים (solar cells) הם תאים המפיקים במישרין אנרגיה חשמלית מתוך קרינה אלקטרומגנטית הנקלטת כאור שמש. התאים הסולריים הסטנדרטים כיום הם למעשה דיודה עשויה מחומרים מוליכים למחצה, המייצרת זרם חשמלי  כאשר אור פוגע בה. מתקן להמרת אנרגיה סולרית המכונה לוח סולרי מורכב, מאלפי תאים סולריים. חסרונם המרכזי של התאים הפוטו-וולטאים הוא עלותם הגבוהה יחסית, ולכן נאבקים היצרנים למצוא דרכים להוזילם.

המרת אנרגיית רוח לחשמל מנצלת את האנרגיה הקינטית של זרימת האוויר כרוח, שמומרת לאנרגיה מכנית של סיבוב הלהבים של טורבינת הרוח, ואז לאנרגיה חשמלית באמצעות הפעלת גנרטור המחובר לכנפי טורבינת הרוח (וראו: אברהם [אבי] גל – "הרוח עובדת למעננו: אנרגיית העתיד", גליליאו 146). כדי לרתום ביעילות את אנרגיית הרוח בונים שדות של טורבינות רוח באזורים המתאימים לכך מבחינה סביבתית. בטורבינות גדולות הלהבים מגיעים לאורך של כמה עשרות מטרים. אנרגיית הרוח אינה מזהמת את הסביבה והעלויות העיקריות להפקתה מטורבינות רוח הן עלויות ההשקעה הראשונית בהקמת תחנות הרוח. ואולם חסרונן של תחנות הרוח בכך שהן מרעישות, מפריעות למעופן של ציפורים ואף משנות את הנוף. בישראל פועלות טורבינות רוח ברמת הגולן, סמוך ליישוב אלוני הבשן, ובגלבוע סמוך ליישוב מעלה גלבוע. 

אנרגיה הידרואלקטרית (אנרגיית מים) היא אנרגיה קינטית של תנועת המים, כלומר ניצול תנועת המים, כולל גלים ומפלים, המומרת לאנרגיה חשמלית.  לדוגמה, תחנת כוח הידרואלקטרית מייצרת חשמל באמצעות המרת אנרגיה הנובעת מתנועתם של מים הנופלים ממפל מים או מפתח סכר, לאנרגיה קינטית המסובבת טורבינה. בעקבות המהפכה התעשייתית גברה הדרישה לאנרגיה זמינה וזולה, דבר שהביא כבר בסוף המאה ה-19 להקמת תחנות כוח הידרואלקטריות באירופה ובצפון אמריקה. תחנת הכוח ההידרואלקטרית הראשונה בישראל הוקמה בנהריים שבבקעת הירדן על ידי פנחס רוטנברג. התחנה, שבנייתה  הסתימה בשנת 1932, ניצלה את זרימת מי נהרות הירדן והירמוך להפקת חשמל. בסוף שנת 1991 הקים קיבוץ כפר הנשיא תחנת כוח הידרואלקטרית בנהר הירדן בסמוך לגשר בנות יעקב. סוג נוסף של אנרגיה הידרואלקטרית היא אנרגיית גאות ושפל – המרה לחשמל של האנרגיה הקינטית של תנועת המים הלוך ושוב בעת הגאות והשפל.

אנרגיה גאותרמית היא אנרגיה שמקורה בהמרת חום גאותרמי, כלומר חום הבא מתוך כדור הארץ, לאנרגיה חשמלית, וגם היא מקור אנרגיה בלתי מתכלה. אנרגיה גאותרמית זמינה באזורים הפעילים מבחינה טֶקטונית (תנועת הלוחות הטקטוניים ופעילות וולקנית). חום גאותרמי מקורו בין השאר, בתהליכי ביקוע של איזוטופים רדיואקטיביים בתוככי כדור הארץ. השדה  הגאותרמי הגדול ביותר הפעיל כיום נמצא צפונית לסן-פרנסיסקו, באזור הגייזרים של קליפורניה.

הפקת אנרגיה מתהליכים ביולוגים (דלקים ביולוגים, המכונים גם בִּיוֹ-דלקים) נעשית על ידי ניצול של חומרים אורגנים, שמקורם בגידול צמחים ובתהליכי ריקבון של חומרים ביולוגים, ולכן מדובר על מקור אנרגיה מתחדשת. העיקרון העומד מאחורי הביו-דלקים הוא שצמחים, אצות וכחוליות (קבוצה הכוללת חיידקים פוטוסינטתיים) מנצלים את אנרגיית השמש בתהליך הפוטוסינתזה להטמעת פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה לגלוקוז ולסוכרים אחרים (שיכולים להתחמצן תוך שחרור אנרגיה), המהווים מקור לאנרגיה כימית ואלקטרו-כימית. בִּיוֹ-דלקים מיוצרים מסוכרים. הדלקים הביולוגים השימושים כיום הם אתנול וביו-דיזל. ביו-מאסה הוא שם כולל לחומרים אורגניים המשמשים עבור תהליכי הפקת אנרגיה מחומרים ביולוגים, לדוגמה גידולים חקלאיים שמטרתם לשמש כמקור אנרגיה. כיום מקובל לגדל עצי אשל זקוף, החסכוני במים, כביומאסה המשמשת לייצור חשמל (וראו: אבי מושל, "אשל הארץ", גליליאו 155).  

למה זה כדאי?

אף שכיום רוב האנרגיה באה ממקורות אנרגיה מתכלים, יש שתי סיבות טובות לכדאיות המעבר לאנרגיה מתחדשת. הראשונה היא שיקול כלכלי: מאגר הדלקים המאובנים פוחת עם השנים ולכן מחירם צפוי לעלות בצורה משמעותית כבר בשנים הקרובות. הסיבה השנייה היא שיקולי איכות הסביבה: מניעת זיהום האוויר, הקרקע ומקורות המים וההתחממות הגלובלית. כדי להפוך את המעבר לאנרגיות מתחדשות לכדאי וכלכלי נדרש לייעל את נצילות המרת האנרגיות המתחדשות וכן לשפר את יכולת השינוע מקורותיהן. לאור עליית מחירי הדלק, גידול אוכלוסיית כדור הארץ והעלייה בזיהום האוויר והסביבה, לצד שינויי האקלים שעובר כדור הארץ, קיימת כיום חשיבות ראשונה במעלה לחיפוש מקורות אנרגיה מתחדשים, זולים וידידותיים לסביבה למען עתיד טוב יותר. 

מאמר זה פורסם לראשונה בכתב עת גליליאו: דנה אשכנזי, "מהפכת האנרגיה המתחדשת", "גליליאו" – כתב עת למדע ולמחשבה, גיליון 178, יוני 2013, עמודים 16 - 20. 

סרטונים בנושא אנרגיה ירוקה: