אנרגיה צפה ומתחדשות

כמה מיזמים טכנולוגיים חדשים ומבטיחים מציעים להציב אסדות צפות בים ולייצר עליהן אנרגיה משמש ומרוח כדי לשחרר אותנו מהתלות בדלקי מאובנים. האם כדאי ליישם אותם גם בישראל?

בישראל אסדה להפקת אנרגיה מעוררת אסוציאציה טעונה: מצד אחד רואים בה כלי עיקרי לאספקת אנרגיה לעשורים הקרובים ומאידך אחרים מאמינים שהיא עלולה ליצור בעיה סביבתית ובריאותית. אולם, מה אם אסדה תוכל לספק אנרגיה מבלי להוות איום על הסביבה? יישומים חדשים עשויים לאפשר זאת.

העולם מתגייס לקידום אנרגיות מתחדשות ועלויותיהן צונחות. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת סבורה כי כבר בשנה הבאה הפקת חשמל מאנרגיית רוח (ביבשה) ושמש (פאנלים סולאריים) תהיה זולה יותר מכל חלופה של דלק מאובנים. ניתוח של לאזאר, בנק ההשקעות הפרטי הגדול בעולם, גורס כי מקורות מתחדשים, למעט הפקה סולארית על גגות בתים פרטיים, זולים יותר כבר כיום והחלופה הקונבנציונלית היחידה שמתחרה איתן הן טורבינות גז טבעי משולבות.

בישראל, הפקת חשמל בחוות סולאריות גדולות הפכה לאחרונה אצלנו לזולה משמעותית משריפת גז טבעי להפקת חשמל: ביוני 2019 נסגר המחיר לקוט"ש במכרז לשדה הסולארי באשלים על כמעט שליש מזה המיוצר באמצעות גז טבעי.

אך לאנרגיות מתחדשות יש מגוון מגבלות. הפקתן כרוכה במציאת שטחים מתאימים וגדולים מספיק ביבשה ובים. ההפקה אינה רציפה ולכן המשק חייב פתרון אגירת אנרגיה, שעדיין אינו קיים בקנה המידה הנדרש, או תמהיל של מקורות מתחדשים ומתכלים (כגון גז טבעי או אנרגיה גרעינית). בנוסף, הן לא יכולות לספק כיום צרכנים מסוימים: מטוסים, למשל, יישענו כל הנראה גם בעתיד הנראה לעין על דלק נוזלי.

שמש + ים = מתנול

לאחרונה הציעו חוקרים מנורווגיה ומשווייץ פתרון אפשרי לבעיית האנרגיה למטוסים. הרעיון הוא לפתח אסדה צפה, שאליה יחוברו כ-70 איים צפים בקוטר של 100 מטרים כל אחד, הבנויים ממקבצים של פאנלים סולאריים, והמכילים ביחד מיליוני תאים סולאריים על שטח של כקילומטר רבוע. החשמל שיופק מהתאים ישמש להתפלת מי הים ואז, בתהליך אלקטרוליזה, להפרדת המים ליסודותיהם, מימן וחמצן. לאחר מכן, בתהליך תעשייתי שיתבצע על האסדה, המימן ישמש ביחד עם פחמן דו-חמצני (שמומס באופן טבעי במי הים) להפקת מתנול.

למתנול היסטוריה מוצלחת יחסית כדלק – החל במנועי המכוניות של מרוצי פורמולה 1, דרך תוספת של ביו-מתנול (המופק בדרך כלל מתירס ומקנה סוכר) לבנזין במדינות בדרום אמריקה ובארה"ב, וכלה ביחידת הייצור של חברת החשמל באילת. יחסית לסוגי דלק אחרים פליטות גזי החממה והמזהמים לאוויר הן נמוכות והוא מזיק לסביבה מימית פחות מהחלופות (בנזין, סולר ומזוט). מצד שני, הערך הקלורי של מתנול נמוך מזה של תזקיקי נפט אחרים ולכן נדרשת כמות דלק גדולה יותר כדי לקבל ממנו תפוקת אנרגיה דומה. להערכת החוקרים, אסדה אחת והאיים הצפים שלה יוכלו להפיק 15,000 טון מתנול בשנה שאמורים להספיק למטוס כמו בואינג 737 לטוס הלוך ושוב 300 פעמים בין תל אביב ללונדון. גם משאיות כבדות, ספינות או קטרים יוכלו, לאחר התאמות במנועים, להיות מונעים (בלעדית או חלקית) בדלק מסוג זה.

הפתרון משלב על פי החוקרים מספר יכולות שכבר מיושמות בקנה מידה מלא. עם זאת, הטכנולוגיה של מיצוי פחמן דו-חמצני באמצעות אלקטרו-דיאליזה ממי הים טרם הגיעה לרמת הבשלות הטכנולוגית והכלכלית. ישנן גם סוגיות הנוגעות בתפעול של מערכת מסוג זה: העמידות לתנאים בים (כמו מליחות, גלים, או ניקוי אוכלוסיית בעלי החיים והאצות שתצמדנה לחלקים של הפאנלים הטבולים במי הים). כמו כן, גם השילוב בין טכנולוגיות ההתפלה הקיימות לבין הטכנולוגיה לייצור מימן באלקטרוליזה דורשת התאמות.

שאלות פתוחות נוספות שמעלים החוקרים הן: האם המוצר הסופי צריך להיות מתנול או פחמימן מורכב יותר? ומהן ההתאמות העיצוביות והתכנוניות הנדרשות על מנת להקים מערכת מסוג זה בים בקנה מידה נרחב?

מבחינה לוגיסטית, במספר אזורים בעולם – כמו צפון אוסטרליה, מערב אפריקה או המפרץ הפרסי – מתקיימים תנאים של משטר גלים, מזג אוויר יציב ועומק הים, המאפשרים עגינה ותפעול בטוחים של אסדה ומערכת סולארית נלווית מסוג זה.

פרויקט שאפתני זה לא צפוי להיכנס לפעולה בקרוב וכדי לעבור מהרעיון התאורטי למעשה יש לבחון אותו באמצעות בניית מודלים וניסויי מעבדה, ובהמשך מגוון ניסויי שטח והקמת מתקן ניסויי בקנה מידה גדול. אולם הוא מבוסס על מגוון טכנולוגיות נפרדות שכבר מיושמת במיזמים פעילים אחרים בסקאלות שונות. העניין בחוות סולאריות ימיות גדל בשנים האחרונות ומיזמים כאלה צצים בים הצפוני, בדובאי, בסינגפור, ביפן, ובאיים המלדיביים. הפרויקטים הם ראשוניים ובהיקף קטן, לעיתים רק בחינת היתכנות, אך מעידים על הפוטנציאל הגלום בתחום זה.

חוות סולאריות הצפות על גופי מים יבשתיים כבר תפסו תאוצה ועל פי הבנק העולמי הפוטנציאל הטמון בהן הוא 400 גיגהואט, כמות השווה לסך כל החשמל שהופק בעולם מאנרגיה סולארית ב-2017. בנוסף לניצול יעיל של השטח בגלל שימוש-כפול יש לתאים סולאריים צפים (המונח floatovoltaics באנגלית קליט יותר) במאגרים ובברכות דגים גם יתרונות אחרים: בשל ההצללה הם מצמצמים את אובדן המים בהתאדות  ויכולים גם לשמש כמסתור ומכסה פיזי לדגים מעופות מים שצדים אותם. המים בתורם, מקררים את חלקם האחורי של התאים הסולארים ומונעים התחממות שלהם באופן שעלול לפגוע ביעילות ייצור החשמל. לכן, על פני זמן התועלות הכלכליות ממתקנים סולארים המאפשרים שימוש כפול בשטח (מעל קרקע חקלאית או מאגרי מים ובריכות דגים) עשויות להיות גבוהות יותר מאלה שמתקבלות משדות סולארים סטנדרטיים על הקרקע, על אף שעלויות ההתקנה הראשונית שלהם גבוהות יותר בשל המיקום הייחודי.

"בישראל יש מאגרי מים מלאכותיים שחשובים מאוד לעופות מים (ולעתים לבעלי חיים נוספים). רשות הטבע והגנים והחברה להגנת הטבע פירסמו עבודות מיפוי של מאגרים אלה, והמלצת המשרד להגנת הסביבה היא לא להקים מערכות פוטו וולטאיות צפות על גבי המאגרים הרגישים", נמסר מהמשרד להגנת הסביבה. "זאת ועוד, מערכות כאלה יכולות דווקא למשוך ציפורים להתיישב וללשלש על הפאנלים – יש תיעוד על כך מהארץ ומהעולם – וכך לייצר קונפליקט הדורש ממשק.  נציין, כי גם הניתוחים שבוצעו בארץ מראים כי ברוב המאגרים בארץ ניתן להקים מערכות פוטו וולטאיות גם בהתחשב בשיקולים אקולוגיים".

רוח על פני המים

מיחידות שצפות על פני המים ניתן להפיק גם אנרגיית רוח. על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית, הפקת אנרגיית רוח במתקנים מרוחקים-מהחוף עולה בעשור האחרון בכ-30 אחוז מדי שנה וטרם מיצתה את הפוטנציאל שלה. עד 2040, אם ימשיכו המדיניות התומכת והירידה בעלויות הטכנולוגיה, אנרגיית רוח לבדה תוכל לספק עד פי 18 מהביקוש הנוכחי לחשמל בעולם.

בשל שיקולי עוצמת הרוח וחוסר זמינות של שטח פנוי, חוות טורבינות רוח רבות הוקמו בים, אך כדי שניתן יהיה לעגן ולקבע אותן לקרקעית הן מוקמות סמוך לחוף בעומק של כ-50 מטר. בחלק מהאזורים, עוצמות הרוח החזקות המאפשרות להפיק יותר אנרגיה ביתר רציפות נמצאות במרחק רב יותר מהחוף, אך אין זה משתלם כלכלית (ולעיתים גם לא מתאפשר טכנית בשל שיפוע הקרקעית) להקים יסודות בעומק של יותר מ-60 מטר.

לפני כשנתיים הוקמה בסקוטלנד חווה ראשונה בטכנולוגיה חדשה. חמש הטורבינות שלה ממוקמות 25 קילומטר מהחוף בעומק של כ-100 מטר. הטורבינות צפות, ולא מיוצבות על מבנה קבע, כששליש מגובהן שקוע מתחת לפני המים והן מחוזקות רק בשרשרות כבדות ומחוברות בכבלים זו לזו. בחודש שעבר הושקה חווה שניה כ-20 קילומטר מחופי פורטוגל, שתכלול בסופו של דבר שלוש טורבינות. התקנות דומות צפויות בשנתיים הקרובות בפורטוגל, סקוטלנד וצרפת.

הטכנולוגיה של טורבינות רוח צפות יכולה לאפשר התקנות בעומקים גדולים אף יותר וכך למצות עוד יותר את פוטנציאל ההפקה. בניגוד לפרויקט בסקוטלנד שהשותפות לו הן חברות ממשלתיות מנורבגיה ואיחוד האמירויות, בפרויקט בפורטוגל כבר השקיע בנק עצמאי מה שמעיד אולי על ציפייה לעלייה ברווחיות.

פרויקט כזה, שמתוכנן לקום בים הצפוני ליד סקוטלנד, כבר זכה לתמיכה ראשונית של ממשלת בריטניה (העלות הכוללת צפויה לעמוד על כ-12 מיליארד ליש"ט, כ-50 מיליארד שקל). על פי התכנון, מאנרגיית הרוח יופק חשמל שישמש לפירוק מי הים למרכיביהם באלקטרוליזה וגז המימן שייוצר יחליף את הגז הטבעי ביישומי אנרגיה מסוימים כמו חימום ביתי. פרויקט הפיילוט יתבסס על דגם קטן של הטורבינה מפורטוגל והמיזם עתיד להיות זול יותר משיטות אחרות המיושמות כיום להפקת מימן ירוק ויוכל להתחרות בהפקת ביוגז לסוגיו. לטענת ראשי הפרויקט, 30 מתקנים בתפוקה מלאה ישחררו את הממלכה המאוחדת מתלות בגז טבעי.

"המציאות בישראל מחייבת ומאפשרת את הגדלת חלקה של אנרגיה סולארית בתמהיל הייצור המקומי", אומר ד"ר שרון סורוקר, יועץ ומרצה בתחום האנרגיה המתחדשת. "על אף הפוטנציאל של פרויקטים חדשניים כמו זה שהעלו החוקרים הנורווגיים והשווייצרים,

יש פתרונות זולים ויעילים יותר מאשר השקעה בסביבה הימית, שהעלויות והסיכונים בה עלולים להקשות על המשק המקומי. כך, למשל, ניתן לנצל, באמצעות דו-שימוש, שטחים יבשתיים – כמו מאגרי מים מלאכותיים, גגות מבנים, חניונים או אזורי תפעול של רכבת ישראל – לטובת ייצור אנרגיה סולארית".