רבים רואים במימן דלק מסוכן. אלא שלא רק שנראה שהוא אינו מסוכן מדלק רגיל (ואולי אף פחות ממנו), ייתכן שמדובר ב"דלק העתיד". השימוש העולמי במימן לאגירת והובלת אנרגיה ובסופו של דבר כדלק חליפי, שיכול לתרום לצמצום פליטות גזי חממה כמו פחמן דו-חמצני, מתרחב במהירות ומאפשר הפקת תועלת ויתרונות חשובים למשק האנרגיה ולסביבה. על ישראל להשתלב במגמה זו, לקבל עליה תפקיד מוביל בקידום התחום ולהביא לפיתוחו ולשילובו של השימוש במימן ירוק.
הפקת מימן בכל הצבעים
למימן פוטנציאל כביר כדרך לאגירת אנרגיה לייצור חשמל, לתחבורה כבדה ולשימושים תעשייתיים מתאימים (כמו ייצור פלדה ומלט). בניגוד לדלקי מאובנים המופקים ממעבה האדמה, את המימן יש לייצר תוך השקעת אנרגיה לפני שניתן להשתמש בו כדלק. דרך נפוצה להפקת מימן ללא שימוש בדלק מאובנים (כמו גז) היא אלקטרוליזה של מים, תהליך המפריד באמצעות זרם חשמלי וממברנה בין החמצן והמימן. נהוג לאפיין בצבע את סוג האנרגיה המושקעת בייצור המימן. כך, מימן שמופק דרך אלקטרוליזה מוגדר "ירוק" רק אם האנרגיה שמשמשת לאלקטרוליזה של המים אינה כרוכה בפליטת גזי חממה (למשל, אנרגיית שמש או אנרגיה הידרואלקטרית). בתנאים מתאימים ניתן להפיק באמצעות אנרגיה גרעינית מימן "ורוד". הפקת מימן "שחור", "אפור" ו"חום" מבוססת על שימוש בתרכובות פחם שחור, פחם אפור או גז "טבעי", שכולן תרכובות פחמן שהשימוש בהן מלווה בפליטת פחמן דו-חמצני. מימן "כחול" מופק גם הוא בעזרת דלק מאובנים או גז טבעי, אך הפחמן הדו-חמצני שמשתחרר בהפקת המימן נתפס בתהליכים המכונים תפיסת פחמן מפליטות והטמנתו.
יעילות ההחזר, כלומר כמות האנרגיה המופקת יחסית לזו המושקעת, שכוללת גם את ייצור המימן וגם את הפקת החשמל, עומדת כיום על כ-50 אחוז, אך מערכות חדשות המצויות כעת בשלבי מסחור צפויות להעלות את היעילות לכ-70 אחוז בעתיד הנראה לעין. כיום ייצור מימן ירוק יקר לפחות פי 2.5–5 משימוש בדלק מאובנים כמו נפט או פחם. עם זאת, ב-2030 עלות ייצור מימן ירוק צפויה להשתוות לזו של מימן אפור או כחול.
גורם חשוב שנוטים להתעלם ממנו הוא הצורך במים כמקור לייצור דלק מימן מאלקטרוליזה של מים. אם נעשה שימוש במים מותפלים יידרשו כ-20 ק"ג מי ים. לפיכך, צריכת המים ליכולת ייצור שנתי של כ-9,000 גיגה-ואט שעה (GWh), כלומר קצב ייצור של 1 גיגה-ואט (GW) במשך שנה, יכולה להיות כמו צריכת מים שנתית של עיר בת כ-70,000 תושבים. לכן, במרבית המקרים מקום הייצור צריך להיות קרוב לים. עם זאת, שימוש ישיר במי ים באלקטרוליזה מקצר את אורך החיים של מרכיבים במערכות הטכנולוגיות, כגון אלקטרודות, ובייחוד ממברנות מתקדמות. לכן, רצוי להשתמש במים שפירים (מים שאיכותם גבוהה) או מותפלים שיוסיפו 0.3 אחוז עד 1 אחוז למחיר של מימן ירוק, לפי התחזיות לירידת מחירו.
ממחקר ליישום מסחרי
למחקר האקדמי בכלל, וכן לזה שבישראל, תפקיד קריטי בקידום הפקת המימן והשימוש בו בכמה תחומים. כך, למשל, פיתחו חוקרים בטכניון דור חדש של אלקטרוליזת מים להפרדה יעילה של מימן מחמצן, והוקמה חברת "H2Pro" למסחור הרעיון.
הופעת היישומים הראשונים בשוק המסחרי מצביעה על הצלחות ראשונות במעבר ממחקר אקדמי ליישום מסחרי. חברת "סונול" חנכה ב-2023 את תחנת התדלוק המימנית (האפורה) הראשונה שתשרת משאיות מימן. חברת "ג'נסל" (GenCell) מקדמת שימוש במשאיות על בסיס תאי דלק. יוזמת "סדום הירוקה" של "כימיקלים לישראל" (כי"ל), שמטרתה להסב את מתחם התעשייה סדום לפעולה על בסיס אנרגיה ירוקה, מבוססת על שדה של תאי שמש והפקת מימן לאגירת אנרגיה ולאספקתה למפעלי ים המלח. חברת "דוראל אנרגיה" פועלת בשיתוף עם "אילת אילות" ומחלבת "יטבתה" להקמת עמק מימן.
עם זאת, לפני שישראל תצליח להפוך למוקד אזורי לייצור וליצוא של מימן, נחוץ שלב ביניים של מחקר ופיתוח שיאפשר הנגשה של המחקר המדעי לסטארטאפים ולחברות מסחריות שפועלות כבר בשוק. קידום שלב הביניים יכול להתבסס על הקמת פארקי שמש–מימן כמצע לקידום ולפיתוח מבחר הטכנולוגיות הדרושות ליישום המסחרי בקנה מידה רחב. מטרתו של "פארק השמש–מימן" היא בדיקת ההיתכנות של מפעל מימן על בסיס הקמת תשתית רחבה לחיבור אנרגיית השמש כמקור עיקרי לאנרגיה עם הפקת מימן כפתרון מיטבי לאגירת אנרגיה. הפארק ישרת את התעשיות, את מוסדות המחקר וגורמים נוספים בעלי עניין בארץ ובעולם. הפארק המתוכנן יהיה "ארגז חול" (אתר ניסויים) ומחקר פיילוט, ויהווה בסיס לחיבור בין הטכנולוגיות השונות עבור צרכנים ויעדי אנרגיה מגוונים, החל ממקור אנרגיה עצמאי קטן למתקן ייעודי וכלה בתשתית אנרגיה כוללת ליישוב, לאזור ועוד.
משק מימן "ירוק" כחול-לבן
בזכות קרינת השמש הרבָּה ושטחי המדבר הנרחבים קיים בארץ פוטנציאל גדול לייצור חשמל סולארי שיכול לשמש להפקת מימן ירוק. בארץ המרחקים קטנים, ואינם אמורים להגביל את הובלת המימן. הובלת חשמל מעל הקרקע אינה יקרה במיוחד. יש פיתוחים להובלת זרם ישר (DC) שטובה לטווחים של עד כ-3,500 ק"מ, וכיום גם משמשת למרחקים הרלוונטיים לישראל, דבר שיכול לייעל את התחום עם שילוב טכנולוגיה זו בארץ בעתיד. מרכיב חשוב נוסף שתורם לעמדתה הייחודית של ישראל לפיתוח כלכלת מימן הוא הקִרבה לים ולמפעלי התפלה לאספקת מים באיכות גבוהה.
ישראל יכולה להפוך לשחקן מוביל בתחום של כלכלת מימן גם לאור מיקומה במשולש ירדן-ישראל-מצרים (עקבה-אילת-טאבה) המתאים למפעלים המשלבים מימן, אנרגית שמש והתפלה בהיקף בין-לאומי. מדובר בחזון לתשתית תעשייתית שבה המימן, חופשי מפחמן, הוא משאב האנרגיה הדומיננטי, ממש כפי שניבא ז'ול ורן בספרו "אי התעלומות" ב-1870 ש"המים יהיו הפחם של העתיד".
פרופ' דוד כאהן, המחלקה לכימיה מולקולרית ומדע חומרים, מכון ויצמן למדע. פרופ' דן יקיר, יו"ר ועדת ההיגוי להתמודדות עם משבר האקלים, האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים; המחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת, מכון ויצמן למדע.
הכתבה מבוססת על מאמר מדיניות שפורסם בכתב העת המדעי 'אקולוגיה וסביבה' ושמבוסס על נייר עמדה של ועדת ההיגוי של האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים להתמודדות עם משבר האקלים, והוכנה על ידי זווית – סוכנות הידיעות של האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה