אנרגיה מתחדשת

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
תחנת כוח סולארית בקליפורניה בעלת תפוקה של 10 מגהוואט חשמל.

אנרגיה מתחדשת היא אנרגיה שמקורה בתהליכי טבע מתמשכים שאינם מתכלים כתוצאה מרתימת האנרגיה האצורה בהם. מקורות אנרגיה מתחדשים נבדלים ממקורות אנרגיה כגון דלק מאובנים (נפט, פחם וגז טבעי), ואנרגיה גרעינית, שהשימוש בהם כרוך בהקטנה משמעותית של מאגר האנרגיה הזמינה האצורה בהם. מקורות אנרגיה אלה כוללים בראש ובראשונה את האנרגיה הסולארית, ומקורות אנרגיה שמקורה באצירה של אנרגיה זו, כגון אנרגיית רוח ואנרגיית מים; הפקת אנרגיה מתהליכים ביולוגים; אנרגיה גאותרמית שמקורה במאגר החום הפנימי של כדור הארץ; ואנרגיית גאות ושפל כתוצאה מכוחות המשיכה של הירח והשמש.

בישראל, משרד התשתיות משקיע מיליוני שקלים בשנה במחקרים על שימושי האנרגיה המתחדשת. במסגרת מחקרים אלו נרשמו לא מעט פריצות דרך ופטנטים. אולם, למרות ההשקעה במחקר, אחוז קטן מצריכת האנרגיה בישראל, מקורו באנרגיה מתחדשת.

הצורך באנרגיה מתחדשת[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקורות צריכת האנרגיה העולמית, לפי דו"ח סטטוס המצב הגלובלי לשנת 2006. ניתן לראות שהנפט, הפחם והגז ביחד מגיעים ל-85% מכלל מקורות האנרגיה

מרבית האנרגיה המשמשת את האדם מופקת מדלק מאובן [1] כ-37% מהאנרגיה באה משריפת נפט, 25% משריפת פחם ו-23% משריפת גז טבעי, כלומר 85% מן האנרגיה מגיעה ממקורות מאובנים. אנרגיה גרעינית מספקת 6% נוספים מהצריכה האנושית, שריפת ביו מסה (בעיקר הפיכת אשפה למקור אנרגיה) מספקת 4%, תחנות כוח הידרואלקטריות מספקות עוד 3% ואילו כל שאר האנרגיות המתחדשות - אנרגיית השמש על שני סוגי התחנות המנצלות אותה, אנרגיית הרוח, האנרגיה הגיאותרמית ודלק ביולוגי, מספקים פחות מאחוז אחד מהצריכה העולמית.

בהרצאה שנשא במאי 2009 באוניברסיטת בר-אילן, לרגל קבלת תואר ד"ר של כבוד, תיאר חתן פרס נובל לכימיה לשנת 1998, פרופ' וולטר קוהן, את המצב וקרא להפסיק את השיעבוד לנפט שהולך להגמר, לפחם שמזהם ולאנרגיה הגרעינית שעלולה ליפול בידי משטרים לא טובים, ולהתמקד באנרגיית השמש ואנרגיית הרוח. "קרינת השמש שנופלת על כדור הארץ בשעה, יכולה להספיק לכל התצרוכת השנתית של כל האנושות."

על פי דו"ח האו"ם לשנת 2007, קיים קונצנזוס כמעט מלא בקהילה המדעית כי תוצרי הפליטה של דלק מאובן גורמים להגברת אפקט החממה ולהתחממות עולמית הגורמים נזקים אקולוגים כזיהום אוויר, ערפיח וגשם חומצי. התחממות זו מקושרת לבעיות אקולוגיות אחרות כגון שינויי אקלים, המסת קרחונים, עליית מפלס האוקיינוסים ועוד.

הגידול באוכלוסייה האנושית, ובפעילות הכלכלית הביאו לעלייה מתמדת בשימוש העולמי בדלק מאובנים מאז המהפכה התעשייתית. חלק ניכר מהגידול בכלכלה העולמית בתקופה זו נבע מהיכולת של הכלכלה האנושית לקבל אנרגיה זמינה וזולה. אך מצב זה עתיד ככל הנראה להשתנות. אוכלוסיית העולם מכלה במהירות את הרזרבות של הדלק המחצבי. על-פי ד"ר רמי אריאלי, צריכת האנרגיה הממוצעת במהלך שנת 2000 הייתה 2.28 קילוואט לאדם, וכ-\ 1.4 \cdot 10^{13} ואט לאנושות כולה. לשם השוואה, שטף האנרגיה הסולרית המגיע לפני כדור-הארץ בשנה הוא כ-\ 8 \cdot 10^{16} קילוואט, בערך פי 5,000. על פי נתוני משרד האנרגיה האמריקני הנפט עומד לאזול בקצב הנוכחי בתוך 45 שנה, והפחם בתוך כ-200-300 שנה. תיעושה המואץ של סין, שאחד מדרכי ביטויו הוא קידום התוכנית של מכונית לכל אזרח, מהווה סיכון נוסף של זיהום וכילוי הדלק באופן מהיר מהצפוי.

אך עוד קודם לכן, צפויה התייקרות ניכרת במחירי הנפט ובדלק אחר. הסיבה לכך היא שלשם ההפקה, הזיקוק וההפצה של דלק, יש צורך להשקיע אנרגיה. ככל שהאנושות מכלה את עתודות הדלק המחצבי שלה, עולה ההשקעה האנרגטית הנדרשת כדי להפיק דלק זה (משום שהוא נמצא עמוק יותר, רחוק יותר ובאיכות ירודה יותר יחסית לדלק שנתקבל בעבר). בהתאם לכך תעלה גם ההשקעה הכספית. כך שגם ללא גידול בצריכה, מחירי הדלק צפויים לעלות לפני כילוי מוחלט של דלק זה, ויש הטוענים שמצב זה החל להתרחש או צפוי להתרחש בשנים הקרובות.

בנוסף, כאשר תעמוד האנושות בפני כילוי המשאבים אשר רובם נמצאים במזרח התיכון, עלולים להתעורר מאבקים ומלחמות סביבם, כמו גם אגירה ספקולטיבית של הדלקים בגלל ציפייה לעליה עתידית במחירם, ובעיות חברתיות וכלכליות נוספות כגון החלשות כלכלתה של ארצות הברית, מיתון עולמי, אינפלציה, והתייקרות של המזון.

מסיבות אלה, נערכים חיפושים אחר מקורות נוספים לאנרגיה כדי להקדים תרופה למכה, למנוע מלחמות סביב הדלקים המתכלים, וכן כדי למצוא מקור רווחים לחברות העוסקות בהפקת אנרגיה. כיום ניתן לייצר אנרגיה חלופית מקרינת השמש (אנרגיה סולארית), מרוח באמצעות טורבינות רוח, מזרימה של נהרות וגלי-ים באמצעות טורבינות מים (אנרגיה הידרואלקטרית), מחום הנובע ממעמקי האדמה (אנרגיה גיאו-תרמית), ומניצול האנרגיה האגורה בביומסה.

אנרגיה המופקת מכורים גרעיניים אינה אנרגיה מתחדשת, למרות שאין בפעולת הכור פליטת גזי חממה, הרי הכור צורך חומר בקיע (כגון אורניום) והחומר נצרך בזמן הפעולה ואינו מתחדש. יש המקווים שבעתיד ניתן יהיה לייצר אנרגיה גם באמצעות היתוך גרעיני.

אנרגיית שמש[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכבסה בקליפורניה שעל גגה מורכבים לוחות סולריים לחימום מים.
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – אנרגיה סולארית

אנרגיה סולרית היא אנרגיה שמקורה בקרינה ישירה מן השמש. אנרגיה זו נמצאת בשפע, בכמויות העולות בהרבה על התצרוכת האנושית, אולם קיים קושי טכנולוגי בניצולה היעיל. מדינת ישראל היא אחת המדינות המתקדמות בחקר ותעשיית אנרגיה סולרית בעולם[דרוש מקור]. חסרונותיה הבולטים של אנרגיה זו הם עלותה (פי 4 מעלות דלק מאובנים) ואי-סדירות הפקתה כתוצאה ממחזורי העונות והימים.

קיימות מספר טכנולוגיות נפוצות המנצלות אנרגיית שמש:

שימוש בדודי שמש לחימום מים חוסך כילוי מקורות אנרגיה
דוד שמש
מתקן חימום למים באמצעות אנרגיה סולרית. על־פי החוק הישראלי כל בית חדש שנבנה חייב להיות מצויד בקולטי שמש, ואכן כ־95% מבתי האב משתמשים בדוד שמש לחימום המים ובכך חוסכים כ־3-4 אחוז מתצרוכת החשמל.
תא פוטו-וולטאי
מתקן המאפשר המרה ישירה של אנרגיית האור מהשמש לחשמל על בסיס האפקט הפוטו אלקטרי. הניצולת של תא כזה היא נמוכה, (כ-15%) ומחירו יקר, בשל טכנולוגית הייצור המורכבת שלו. כיום מתמקדות מספר חברות במזעור התאים הסולאריים לגדלים זעירים ביותר (כ-100 ננומטרים), ולשיטות ייצור מתקדמות המאפשרות הדפסה של התאים על יריעות פלסטיק, דבר שיוזיל את עלות הפקת החשמל בדרך הזו.
טורבינה סולארית
מתקן הממיר את קרינת השמש לקיטור, אשר מניע טורבינות שייצרו חשמל. שיטה זו נחשבת למבטיחה ומחיר החשמל בשיטה זו עשוי להגיע למחירו בשיטות הקיימות היום. מספר חברות ישראליות עוסקות בפיתוח תחום זה - ביניהן "אנרטי גלובל", "אורמת", "ברייטסורס אנרג'י" וסולל"
מגדל השמש שנבנה במכון ויצמן למדע פועל בשיטה דומה, זהו מגדל המיועד לאסוף קרינת שמש משטח גדול, וזאת בעזרת מספר רב של הליוסטטים המרכזים את אור השמש אל קולט שנמצא בראש מגדל. הקולט מחמם אוויר דחוס המניע טורבינה[2].
המרה תרמו-חשמלית
המרת החום ישירות לאנרגיה חשמלית על ידי שימוש בצמד מתכות. הפרשי חום בין המתכות גורמים להיווצרות זרם חשמלי היוצא מהן, ולהפך, העברת חשמל במתכות עשויה לגרום להתקררות המתכת האחת בעוד השנייה מתחממת. יעילות מערכות אלו קטנה יחסית.
ארובות שרב ומגדלים סולאריים
עיקרו של הרעיון הוא ניצול חום השמש לשם הפקת אנרגיית רוח מלאכותית בתוך מבנה סגור. הרעיון מבוסס על בניית ארובה גבוהה במקום חם, יבש, וקרוב לים, בצורת צינור אנכי, בגובה של כקילומטר וברוחב של כחמש מאות מטרים. מי ים נשאבים לראש המגדל ומרוססים על האוויר החם שמתקרר ונע מטה במהירות של עד כ-80 קמ"ש, ומניע טורבינות לייצור חשמל, כאשר הוא יוצא דרך פתחים מיוחדים שבבסיס המגדל. השיטה תאפשר גם התפלה של מים כתוצר לוואי של התהליך. חסרונות שיטה זו הן: מחירה, חוסר המודולריות שלה, ההעדר ניסיון בפועל עם מבנים בסדר גודל דומה.
השיטה מבוססת על רעיון של מהנדס גרמני בשם שלייך ברגרמן, לבניית מגדל סולארי. מגדל זה דומה בעקרון פעולתו לארובות השרב, אלא שבו האוויר זורם בכיוון הפוך. יתרונו נעוץ בכך, שאין בו תלות במים ומחירו נמוך בהרבה ממחיר ארובות השרב הישראלי. ברגרמן בנה בעבר מגדל דומה בגובה 200 מטר, בתחנת כוח בספרד ב-1982. באוסטרליה חברת אינורומישין[3] יוזמת הקמה של מגדל סולארי, בגובה של קילומטר. למגדל יהיה סמוך לקרקע בסיס זכוכית ברוחב של 7 קילומטרים. בסיס זה יקלוט את חום השמש, והאוויר שבו יחומם כתוצאה מכך ל-70 מעלות ויזרום ב-32 טורבינות לראש המגדל, שבו הטמפרטורה תעמוד רק על 20 מעלות. מגדל זה יוכל לספק תפוקת חשמל של 200,000 משקי בית. עלותו מוערכת ב-56 מיליוני דולרים.

אנרגיית רוח[עריכת קוד מקור | עריכה]

טורבינות רוח ממירות את אנרגיית הרוח לחשמל
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – אנרגיית רוח

בשיטה זו משתמשים באנרגיית רוח להפעלת מדחפים אשר ממירים את האנרגיה לחשמל. טורבינת רוח מודרנית כיום מאפשרת לספק חשמל לכ-2,000 משקי בית. בעבר השתמשו בטחנות רוח בהולנד ובארצות השפלה כדי לטחון חיטה לקמח ולשאוב מי-ים אשר הציפו את אזורי השפלה. דנמרק היא חלוצה בהקמת טורבינות רוח, ונכון לשנת 2004 כ-20% מהחשמל במדינה זו יוצר באמצעות טורבינות רוח. במדינות הסקנדינביות השימוש בטורבינות רוח נפוץ ביותר וקיימות בה חוות טורבינות בים, במרחק של מספר קילומטרים מהחוף במים רדודים.

החסרונות העיקריים בשיטה זו הן: פגיעה בנוף, רעש וסכנה לפגיעה בבעלי כנף. בטורבינות חדשות יותר בעיות אלה קטנו: טורבינות רבות מוצבות בים, והטורבינות המיוצרות כיום הן גדולות יותר ולכן מעטות יותר ויוצרות פחות "רעש נופי" ופחות הפרעה לציפורים. כמו כן מהירות סיבוב הלהבים קטנה. לפי חלק מהדעות הסכנה לפגיעה בציפורים היא מזערית [4], וקטנה בהרבה יחסית למפגעים אחרים לציפורים כמו גורדי שחקים בעלי חלונות זכוכית לדוגמה. אך מאחר שלעתים נפגעות ציפורים מוגנות הושקעו מאמצים בכימותה והקטנתה [5]). בישראל שבה עוברות פעמיים בשנה כחצי מיליארד ציפורים, עשויה סכנה זו להיות משמעותית.

בישראל הוקמו טורבינות רוח בגולן ברכס חזקה, ליד היישוב אלוני הבשן ובגלבוע ליד היישוב מעלה גלבוע. טורבינות אלה מספקות פחות מאחוז מצריכת החשמל בישראל. יש חילוקי דעות באשר לפוטנציאל של אנרגיה זו בישראל אך בכל מקרה לישראל אין פוטנציאל רוח גבוה יחסית למדינות אחרות.

אנרגיית מים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סכר גאות ושפל בשפך נהר הראנס בצפון צרפת
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – אנרגיית מים

תנועת המים הנובעת מאידוי וירידת גשמים, הבדלים בקליטת חום השמש בקווי הרוחב השונים, מזרמים תת-מימיים, וממחזורי גאות ושפל אוצרת בחובה אנרגיה רבה. ניתן לנצל זרימת נהרות, מפלי מים, גלי ים והפרשי גאות ושפל בחופי הימים, כדי ליצור חשמל. בתהליכים אלו המים הזורמים מניעים מדחפים שממירים את האנרגיה הקינטית לאנרגיה חשמלית.

שיטות אלו שימושיות במיוחד במדינות בהן ישנן נהרות גדולים בעלי זרימת מים חזקה. אולם, נעשו גם ניסיונות ביפן להפקת חשמל באמצעות רפסודות האוצרות את אנרגיית הגלים ונבנו מתקנים בחוף המערבי של ארצות הברית ובארצות הסקנדינביות לניצול הזרם הנובע מהפרשי החום והקור הניכרים בין שכבות המים השונות. בצפון צרפת נחנכה בשפך נהר הראנס, בשנת 1966 תחנת הכוח לה ראנס, שהיא בעצם סכר גאות ושפל, שבה קבועות 24 טורבינות דו כיווניות. כל אחת בהספק של 10.3 מגה-ואט בזמן שיא (240 מגהואט לכל התחנה), כך שבאופן ממוצע מספקת התחנה 68 מגהואט שעה. כמו כן הוקמו בכמה מקומות בעולם כמה טורבינות ניסיוניות שמנצלות את זרימת המים בנהרות בזמן הגיאות והשפל.

בישראל נבנה בתחילת שנות ה-40 מפעל כוח בנהריים על ידי פנחס רוטנברג אשר הפיק את החשמל הנדרש לאזור הצפון ועד לעיר חיפה כמו גם לעיר אירביד וסביבתה בעזרת אנרגיית מים. במלחמת העצמאות התחנה נכבשה בידי חיילים עיראקים ונהרסה. כמו כן, בשנות החמישים החלו לעבד תוכניות לייצור חשמל מטורבינות מים בתעלת הימים, שהייתה אמורה לזרום מהים התיכון או מים סוף לים המלח, תוך ניצול הפרשי הגבהים הגדולים. בדיקות הראו שאין לתוכנית כדאיות כלכלית, למרות ההשקעות העצומות שכבר גויסו לשם כך מיהודי התפוצות, והתוכנית ננטשה. החל מ-1992 החלה לפעול תחנת כוח הידרואלקטרית קטנה על הירדן סמוך למצד עתרת, בעלת תפוקה של כ-2.5 מגהוואט לשעה.

מומחים רבים הציעו במשך השנים למדינת ישראל לבנות תחנות כוח המנצלות את גלי הים לאורך החוף הארוך שלה. בשנת 2004 אנשי אקדמיה הדגימו בפני מנכ"ל משרד התשתיות דגם מוקטן המפיק חשמל מגלים וסתרו טענות קודמות אשר גרסו כי אין מספיק אנרגיה בגלי הים שלאורך חופי הארץ, כדי להצדיק הקמת תחנה כזו. משרד התשתיות הוציא מכרז לבדיקת כדאיות והיתכנות, אולם בסופו של דבר נערכה בדיקה שתוצאותיה הראו על העדר כדאיות כלכלית.

אנרגיה גיאו-תרמית[עריכת קוד מקור | עריכה]

סכמה של הסביבה האופיינית לתחנת כוח גאותרמית
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – אנרגיה גאותרמית

המקור לאנרגיה גאותרמית הוא החום הטבעי האצור בתוך כדור הארץ מתחת למעטה קרום כדור הארץ. מקור החום הוא בתהליכי פרוק רדיואקטיביים המתחוללים בליבת כדור הארץ. האזורים בעולם בהם האנרגיה הגאותרמית זמינה הם האזורים הפעילים מבחינה טקטונית. החום עולה לפני השטח באזורים בעלי פעילות וולקנית. ישנם מקומות בהם הזרם הגאותרמי יוצא מן האדמה בעצמו כמו בגייזרים. בדרך כלל צריך לקדוח באר אל המאגר התת-קרקעי. רוב תחנות הכוח ליצור חשמל ממקורות גאותרמים משתמשים בקיטור ומחזירים את המים החמים ללא שימוש חזרה לאדמה. בשנת 1999 יוצרו ברחבי העולם כ-6 גיגה-ואט חשמל בעזרת אנרגיה גיאו-תרמית. אחת המדינות הבולטות בשימוש באנרגיה זו היא איסלנד, שכמחצית מצורכי האנרגיה שלה מסופקים ממקורות גיאותרמים.

ביו-דלקים[עריכת קוד מקור | עריכה]

קני סוכר מהם אפשר להפיק ביו-אתנול
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – דלק ביולוגי

מקור אנרגיה מתחדשת נוסף נובע מניצול חומרים אורגנים הנוצרים במהלך גידול צמחים ותהליכי רקבון של פסולת. שימוש באנרגיה זו מתבססת על הפקת דלק אלכוהולי וביודיזל מגידולים חקלאיים, הפקת גז מתאן ממטמנות ויצירת קיטור באמצעות שריפת פסולת וחומרים אורגניים. יתרונם העיקרי של הביו-דלקים נמצא באופן בו הם משפיעים על מחזור הפחמן בטבע. בעוד דלקים מאובנים מוסיפים פחמן למחזור, וגורמים לעליית כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה, ביו-דלקים רק מגלגלים את הפחמן בתוך המחזור דרך צמחים-דלק-פחמן דו-חמצני באטמוספירה-צמחים, וחוזר חלילה.

בישראל קיימת בעיה לגדל גידולים לצורך הפקת אנרגיה, בשל המחסור במים, עם זאת ישנה הפקה של גז מתאן במטמנות.

ביו דיזל - מנוע הדיזל הראשון של רודולף דיזל שהומצא ב-1892 הונע בביו דיזל שהופק משמן בוטנים. כיום, ניתן להפיק שמנים ממספר רב של צמחים וליצור מהם חומר בעירה המתפקד בדומה לסולר לאחר תהליך עיבוד מסוים. כיום משתמשים בפתרונות מסוג אלו במכוניות מרוץ, בהן גורם הביטחון חשוב ביותר, מכיוון שהביו-דיזל אינו מתלקח. עלות ההפקה של ליטר דלק באמצעי זה זול מאשר הפקת דלק מנפט ובארצות הברית הוא עומד כיום על חצי דולר לליטר. לאחרונה האיחוד האירופי החליט לקדם את הפתרון הזה באמצעות הקלות במסים ובגרמניה צריכת הביודיזל עומדת על 3% מצריכת הדיזל הכוללת.
דלק מבוסס אלכוהול - דלק הביו-אתנול שיוצר מתירס תדלק את הדגמים הראשונים של מכוניות פורד. לצורך ייצור הדלק קנה הנרי פורד שטחים גדולים לייצור תירס, ושיווק אתנול בשם "גזוהול", אך מחירי הבנזין הנמוכים דחקו אותו מהשוק. כיום, אתנול מופק מתירס בהיקף גדול יחסית בקנדה, בברזיל ובארצות הברית, ומשווק בתערובות שונות של אתנול ובנזין, השימוש בו רב בארצות כמו ברזיל, שבדיה, ארצות הברית. כך בברזיל ביו-אתנול המופק מקני סוכר מתדלק כ-50% מהרכבים. בארצות הברית מגיע היקף השיווק של ביו אתנול שמיוצר מתירס, ל-1.5 מיליארד גלון לשנה. שבדיה היא אחת המדינות שדוחפות לעבור לאתנול, והיא בתהליך של העברת כלי הרכב השונים לנסיעה בתחליף דלק זה.
הפקת גז בתהליכי ריקבון - בשיטה זו של הפקת אנרגיה מפסולת, מפיקים גז מתאן שהוא תוצר לוואי של מטמנות או שפכים. בתהליך שריפת המתאן ניתן להפיק חשמל באופן היוצר זיהום סביבתי נמוך יותר ביחס לזיהום הנוצר בעת שימוש בדלק מאובנים. בישראל במזבלת חירייה מפיקים גז מתאן ומובילים אותו בצינורות לשם הפעלת מפעל קרוב.

הבעיה העיקרית בייצור ביו-דיזל וביו-אתנול היא תפיסת קרקעות שבהם היו אמורים לגדל מזון לבני אדם. כתוצאה מהקצאת גידולים כמו תירס וקנה סוכר לייצור אתנול חלה עליית תלולה במחירי גידולים אלו למאכל. בארצות מעוטות משקעים ברור שאין הגיון כלכלי בגידולים אלו, שכן להפיק ליטר של אתנול מגידולי קרקע יש להשקיע כמאה ליטרים של מים.

יש המציעים להשתמש במקום זאת בצמחי ז'טרופיה, הגדלים גם באזורים שעל סף המדבר, ואינם דורשים מים רבים, כדי להפיק מהם דלק. ניסוי כזה נערך בדצמבר 2008 על ידי בואינג ואייר ניו זילנד, ולדבריהם הניסוי עבר בהצלחה‏[1].

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]


הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]