חוקרים מהטכניון בחיפה הצליחו להפיק מימן בלי לקבל חמצן בצד השני של התהליך. במקום החמצן יוצא אפוקסיד, חומר גלם תעשייתי שמשמש לפולימרים, לציפויים, לדבקים ולתרופות. את השיטה פיתחו פרופ' אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים והפוסט־דוקטורנט ד"ר גווילין רואן, והיא פורסמה באוגוסט בכתב העת Nature Communications.
למה בכלל להחליף את החמצן
מימן ירוק מופק מפירוק מים בחשמל ממקורות מתחדשים, ולפי הטכניון הוא יכול לשמש בתעשיית הפלדה, בייצור דשנים, בזיקוק נפט ובדלקים חלופיים לתחבורה. הבעיה היא המחיר: המימן שמופק מגז טבעי ומפחם זול יותר, ולפי הטכניון ייצור כזה אחראי לכ־2% מפליטות הפחמן הדו־חמצני בעולם.
בפירוק מים רגיל, מוצר הלוואי הוא חמצן שערכו נמוך. הרעיון של רוטשילד היה להחליף אותו במוצר ששווה הרבה יותר, כך שהמכירה שלו תעזור לשלם על המימן.
מה קורה בתוך התא
לפי המאמר, החשמל מופעל על תמיסה של ברומיד, ולא על מים בלבד. בצד אחד של התא נוצר גז מימן, ובצד השני נוצר ברום שנשאר מומס בנוזל. הברום מחמצן חומר בשם סטירן והופך אותו לאפוקסיד, ובאותה תגובה הוא חוזר להיות ברומיד וחוזר למעגל. התא פועל בלי קרום שמפריד בין שני הצדדים.
התוצאות: בזרמים של 100 ו־300 מיליאמפר לסנטימטר רבוע, כ־98% מהמטען החשמלי בצד המימן הלכו ליצירת מימן. גם בצד השני נמדד שיעור דומה, בזרם נמוך יותר של 50 מיליאמפר. כמות האפוקסיד שהתקבלה בפועל הגיעה ל־81% עד 89%, ובין היתר חלק מהסטירן אבד לתגובת לוואי. הטכניון מציין שהזרם מתאים לאלקטרוליזה בקנה מידה תעשייתי.
החשבון על הנייר
החוקרים חישבו תרחיש שבו מייצרים אתילן אוקסיד, אפוקסיד נפוץ. לפי החישוב, הערך הנקי של התהליך מגיע לכ־18.5 דולר לכל קילוגרם מימן, לעומת כ־2.4 דולר בלבד באלקטרוליזה רגילה. המאמר מעריך את שוק האפוקסידים בכ־78 מיליארד דולר.
אלא שיש כאן כמה הסתייגויות, וחלקן כתובות במאמר עצמו:
- החומר בחישוב לא נבדק בניסוי. הניסוי נעשה רק על סטירן, שהוא נוזל. מעבר לגזים כמו אתילן אפשרי עקרונית, לפי המחברים, ויחייב עוד עבודה.
- התהליך צורך יותר חשמל. בתרחיש נדרשים כ־66.5 קילוואט־שעה לקילוגרם מימן, 25% עד 33% יותר ממכשירי האלקטרוליזה המתקדמים.
- זה עדיין ניסוי מעבדה. האלקטרודות היו בשטח של סנטימטר רבוע אחד. המבחן הארוך נמשך 10 שעות, והתמיסה הוחלפה בו כל שעה.
- יש חומרים מסוכנים. המחברים מציינים שברום ואצטוניטריל, הממס שבתמיסה, הם חומרים נדיפים ומסוכנים, ושנדרש ניתוח בטיחות מקיף שלא נכלל במחקר הזה.
בטכניון מדווחים שהוגשה בקשת פטנט בארצות הברית. זו בקשה, לא פטנט שאושר. לפי הטכניון, טכנולוגיה קודמת מאותה משפחה של אלקטרוליזה בלי קרום מיושמת כבר בחברת H2Pro.
מה זה אומר לתושבי העמק
בינתיים לא הרבה בפועל. דשנים הם אחד השימושים שהטכניון מונה למימן ירוק, ולכן הנושא נוגע בעקיפין גם לחקלאות, אבל במאמר אין שום נתון על מחיר דשן או על לוח זמנים ליישום. מה שיש כרגע הוא הוכחת היתכנות ממעבדה בחיפה, והשאלה הפתוחה היא אם היא תחזיק מעמד בהיקף תעשייתי.
