אוקסידלק - Oxyfuel

85% מהאנרגיה בעולם מופקת על ידי שריפת דלקי מאובנים - בעיקר נפט, פחם וגז טבעי - ויש עם זה כמה בעיות. ראשית, לשריפת נפט ופחם יש תוצרי לוואי מזהמים שגורמים לזיהום אוויר וקרקע. מהבחינה הזו, גז טבעי נקי לחלוטין, משום שתוצרי הלוואי היחידים של שריפתו הם פחמן דו-חמצני ואדי מים. פחמן דו-חמצני ואדי מים, הנפלטים בשריפה של כל חומר אורגני, ובפרט דלקי מאובנים, אינם יוצרים זיהום אוויר, אך הם מהווים גזי חממה מרכזיים המשפיעים על עוצמת אפקט החממה. עליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני באוויר נחשבת כגורם עיקרי להתחממות פני כדור הארץ במהלך המאה ה-20. בנוסף לכך, דלקי המאובנים הם משאב מתכלה ועל כן התבססות כמעט מוחלטת עליהם עלולה ליצור בעיה כשהמלאי שלהם יקטן. ובאותו הקשר - התלות בהם כמקור דלק עיקרי יוצרת תלות במדינות שמספקות אותם, ותלות אנרגטית כזו היא מצב לא בריא למדינה, במיוחד למדינה כמו ישראל שהיא מבודדת למדי.


אני משער שבמהלך המאה ה-21 יגבר כוחם של פתרונות אנרגיה חלופית, כמו אנרגיה הידרואלקטרית, אנרגיית רוח ואנרגיית שמש, אבל צריך לזכור שלדלקים מאובנים יש שני יתרונות עיקריים שעדיין ישאירו אותם בתמונה, גם אם חלקם היחסי יקטן. היתרון הראשון הוא צפיפות אנרגיה גדולה, או במילים אחרות - תחנות הכוח ששורפות דלקי מאובנים קטנות יחסית. היתרון השני הוא מחיר נמוך יחסית לשיטות אחרות, אבל ייתכן שהמצב ישתנה, או לפחות יתרחשו תנודות גדולות במחיר. ראינו את זה במחירי הנפט במהלך העשור הראשון של המאה ה-21.

מצד שני, הלחץ הפוליטי שנוצר באירופה ובמקומות נוספים, כולל ארצות הברית, יביא לחיפוש פתרונות ידידותיים יותר לסביבה, גם בכל הקשור לשריפת דלקי מאובנים. אוקסידלק הוא רעיון כזה, ויישום רחב שלו ברחבי העולם יכול להקטין באופן ניכר את זיהום האוויר. חלק גדול מהמזהמים הנפלטים כתוצאה מבעירת דלקי מאובנים מכילים חנקן. החנקן נמצא באוויר בכמות גדולה (כ-78% מנפח האוויר), אבל הוא לא דרוש לבעירה. לכן, שימוש בחמצן בלבד בתהליך שריפת הדלק יכול להוריד את זיהום האוויר לרמה נמוכה. בשיטת אוקסידלק מפרידים את האוויר לחנקן וחמצן (החמצן מהווה כ-21% מנפח האוויר), ומשתמשים רק בחמצן בתהליך הבעירה. התוצרים שנפלטים לאוויר הם בעיקר אדי מים ופחמן דו-חמצני, וכאמור, שני אלו אינם מהווים זיהום אוויר. הבעיה העיקרית היא שתהליך ההפרדה בין חנקן לחמצן הוא בעצמו תהליך זולל אנרגיה, וזה מקטין את היעילות הכוללת של תחנה שעובדת בשיטת אוקסידלק. בעיה נוספת היא ייצורם של מזהמים שלא מכילים חנקן, כמו גופרית דו-חמצנית, שאותם צריך לסלק לאחר שריפת הדלק.

המבנה הכללי של תחנת הכוח הגרמנית Schwarze Pumpe, הראשונה בעולם שעובדת בשיטת אוקסידלק. האוויר מופרד לחמצן וחנקן, והפחם נשרף בעזרת חמצן נקי שמוזרם לתא הבעירה. השריפה נועדה לחימום מים והפיכתם לקיטור, וזאת לטובת התעשייה המקומית. גז הפליטה עובר סינון להרחקת מזהמים, והפחמן הדו-חמצני הנותר אמור להידחס עד שיהפוך לנוזל. הנוזל יוטמן מתחת לפני הקרקע. 

אם רוצים לעשות את זה כמו שצריך, רצוי שלא לפלוט את הפחמן הדו-חמצני לאוויר על מנת שלא להגביר את אפקט החממה. ניתן לאסוף את הגז הזה ולהעביר אותו לתעשייה שזקוקה לו או להזרים אותו לחוות לגידול אצות שמהם יפיקו אחר כך ביודלק. האצות, כמו צמחים ירוקים אחרים, משתמשות בפחמן דו-חמצני בתהליך הפוטוסינתזה (הטמעה). אפשרות אחרת היא לאסוף את הפחמן הדו-חמצני, לדחוס אותו עד שיהפוך לנוזל ולקבור אותו מתחת לפני האדמה. זאת הייתה התוכנית בעת הקמת תחנת הכוח הראשונה בעולם שפועלת בשיטת אוקסידלק - שוורצה פומפה (Schwarze Pumpe) שבגרמניה. מדובר בתחנה בעלת הספק של 30 מגה ואט ששורפת פחם ומייצרת קיטור לשימוש התעשייה המקומית. התחנה הוקמה בשנים האחרונות ועובדת בצורה טובה, חוץ מבעיה אחת - נכון להיום הם לא מטמינים מתחת לפני האדמה את הפחמן הדו-חמצני שנאסף. לכן, מרבית הפחמן הדו-חמצני בכל זאת נפלט לאטמוספרה, וייקח זמן עד שיימצא הפתרון הביורוקרטי שיאפשר הטמנת פחמן דו-חמצני נוזלי במקומות המתאימים. חבל.

תחנת הכוח Schwarze Pumpe. שריפת הפחם בעזרת חמצן וללא חנקן מתבצעת במבנה (1) והרחקת מזהמים כמו גופרית דו-חמצנית מתבצעת במבנה (2). במבנה (3) עוברים אדי המים עיבוי והפחמן הדו-חמצני אמור להידחס על מנת שיהפוך לנוזל שאותו ניתן יהיה להטמין מתחת לפני הקרקע.

מקורות לתמונות: חברת האנרגיה השבדית Vattenfall שמפעילה את תחנת הכוח Schwarze Pumpe.

האמת על ההתחממות העולמית

הפעם פוסט בנימה הומוריסטית.

את התמונה הבאה צילם אנדי רוס (Andy Rouse), אחד מצלמי הטבע הטובים בעולם. היא צולמה במצר ברנספילד, בין אנטארקטיקה לאיי שטלנד הדרומיים. ביקשתי מאנדי, וקיבלתי את רשותו לפרסם את התמונה כאן בבלוג, וזו גם הזדמנות טובה להמליץ על האתר הנהדר של אנדי רוס.

 

נשאלת כמובן השאלה אם ההתחממות העולמית אחראית ליצירת הצורה המיוחדת של הקרחון :-)

קליימטגייט

לפני מספר ימים נגנבה תכתובת מיילים של חוקרי אקלים בריטים. פרשה זו זכתה לכינוי קליימטגייט (Climategate, אקלים-גייט). התכתובת מכילה ברובה ענייני עבודה רגילים הנוגעים למאמרים, פגישות, ניתוח נתונים וכדומה. עם זאת, כמה מהמיילים מצביעים על תהליכים בעייתים בעבודתם של חוקרי האקלים, שבסופו של דבר מצאה ביטוי גם בדוחות ה-IPCC הנוגעים להתחממות העולמית.

הנקודות הבעייתיות שעולות ממקצת המיילים לא הפתיעו אותי. ראשית, רואים שם רכילות, תופעה שלמרבה הצער די מאפיינת את העולם האקדמי. אני לא חושב שזו תופעה מזיקה, אבל היא מעצבנת, מוציאה שם רע למדענים ובוודאי מיותרת. לרכילות נלווה במיילים הללו זלזול ביריבים אקדמאיים. במידה מסוימת הזלזול הוא פן נוסף של הרכילות. אנשי מדע צריכים לקחת בחשבון שמבחוץ זה נראה רע, במיוחד משום שהמדע נתפס בציבור כנקי מתופעות כאלו. הנקודה השלישית שרואים במיילים היא נסיון להציג את המידע בצורה משכנעת. זה משהו שנעשה בכל תחום, והחוכמה היא לקרוא את הגרף לעומק ולהבין את המידע גם אם הוא הוצג למטרה מסוימת. כל עוד הנתונים המוצגים אינם מזויפים אני לא רואה בעיה עקרונית. עם זאת, רצוי שתהיה גישה חופשית לנתונים הגולמיים ולדרך בניית הגרפים, על מנת שניתן יהיה לבדוק לעומק כיצד מתבצעת הצגת הנתונים.

ובכל זאת, אחת הנקודות שעולות מהמיילים אכזבה אותי במיוחד. מתברר שחלק ממחברי ה-IPCC לא היו אובייקטיביים ולא היו ביקורתיים מספיק כלפי העבודה שלהם עצמם וכלפי מאמרים שתומכים בעבודה שלהם. בעיניי, אחד מעקרונות העבודה המדעית הוא הביקורתיות, והיכולת להודות בטעות. אני נזכר שפרופ' משה קוה, נשיא אוניברסיטת בר-אילן, ציין באופן מיוחד את התכונה הזו כשהוא הזכיר בראיון שערכתי איתו מדענים גדולים שהשפיעו עליו (פליקס בלוך ונוויל מוט), ואני מסכים בהחלט - היכולת לבקר את עצמך מאפיינת בדרך כלל מדענים בעלי שיעור קומה. חבל שחוקרי האקלים הללו לא התברכו בתכונה זו.

נקודה אחרת הקשורה לפרשה, שממעטים להתייחס אליה בשלב זה, היא האופן הבלתי חוקי שבו הושגה התכתובת. זו שאלה רחבה יותר של הזכות לשמור על מידע פרטי, גם אם יש בו אלמנטים שיכולים לעניין את הציבור. אני חושב שהעולם צועד למצב שבו יהיה קשה לשמור על מידע כזה, וזו נקודה שיש לקחת בחשבון כשכותבים מייל או אפילו שומרים רעיונות במחשב האישי.

לסיום, ועל מנת לשים את קליימטגייט בפרופורציה, מנקודת הראות שלי אני לא רואה לפרשה השפעה על מחקר ההתחממות הגלובלית בכללותו. הנתונים הנוגעים להתחממות כדור הארץ במהלך 100 השנים האחרונות ולעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני באותה תקופה מבוססים על מדידות רבות ויש ודאות גבוהה לגבי נכונותם. כפי שכתבתי השבוע, המסקנה שההתחממות נובעת מפעילות אנושית נובעת מכך שאין ראיות לגורם משמעותי אחר מלבד התגברות אפקט החממה, ועד שלא יימצא מודל חלופי מניח את הדעת אני סבור שהמסקנה בדבר השפעת האדם על האקלים תישאר איתנו.

התחממות עולמית

לעתים איש חינוך נמצא במצב בעייתי בפני תלמידים, למשל כשיש מספר גישות של חוקרים או כשמדובר בנושא שהפך לסוגייה ציבורית. אני נתקל בבעיה כזו כשאני מעביר פעילות לתלמידי תיכון העוסקת בהתחממות העולמית (התחממות גלובלית) ובאנרגיה חלופית, שאותה פיתחתי יחד עם אשתי ג'ודי. הדרך שבה אני מתמודד עם הבעיה היא הצגת הגישות השונות, הדגשת הגישות המקובלות יותר, והפרדה בין אספקטים מדעיים לאספקטים פוליטיים. אם מתעורר דיון או ויכוח לגבי הגישות השונות אני מציג גם את דעתי האישית, מעין גילוי נאות כלפי התלמידים.

אין ויכוח בדבר ההתחממות העולמית עצמה: הטמפ' הממוצעת על פני כדור הארץ עלתה במהלך 100 השנים האחרונות ב-0.74 מעלות צלזיוס. הוויכוח הוא בכל הנוגע לסיבות לאותה התחממות. בוויכוח הזה קיימת כיום גישה מקובלת שאותה מציג הפאנל הבינלאומי העוסק בשינויי האקלים (IPCC). ה-IPCC הגיע למסקנה שמאז אמצע המאה ה-20 הגורם העיקרי להתחממות הוא עליית ריכוז גזי החממה באטמוספרה הנובעת מפעילות אנושית. מסקנה זו מקובלת על מרבית החוקרים והיא אומצה על ידי גופים מדעיים ברחבי העולם.

למעשה, אין ויכוח גם בדבר העלייה המשמעותית בריכוז גזי החממה באטמוספרה, דוגמת פחמן דו-חמצני ומתאן, מאז אמצע המאה העשרים, ואפילו המנגנון של השפעת עליית הריכוז על ההתחממות מובן - זהו אפקט החממה. אגב, אפקט החממה אינו קשור לאופן פעולת חממה חקלאית, שבה הקרקע מתחממת, וכתוצאה מכך האוויר מתחמם ועולה מעלה. לאוויר החם אין דרך לצאת מהחממה ולכן הטמפרטורה בתוכה נשארת גבוהה. אפקט החממה פועל בדרך אחרת: השמש מחממת את כדור הארץ, והוא, כמו כל עצם אחר, פולט קרינה בהתאם לטמפרטורה שלו. גזי החממה והעננים באטמוספרה בולעים את מרבית הקרינה התת-אדומה שפולט כדור הארץ, ופולטים בתורם קרינה תת-אדומה לכל הכיוונים. כלומר יש כאן שכבת גזים שמבצעת מעין החזרה חלקית של קרינה תת-אדומה כלפי כדור הארץ, ובשל כך כדור הארץ מתחמם.

בנוסף לכך, די ברור שהעלייה בריכוז גזי חממה מסוימים קשורה לפעילות האדם. עד כמה שאני יודע, אין תהליכים טבעיים שיכולים להסביר עלייה כה גדולה. בכל הנוגע לעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה הסיבה העיקרית היא שרפת דלקים. הוויכוח בכל הנוגע להתחממות העולמית קשור למציאת האשם העיקרי. ברור שגזי החממה משפיעים, אך השאלה היא עד כמה? והאם הם האשמים המרכזיים? מבין החשודים הנוספים, השניים שיש להם פוטנציאל גבוה במיוחד לגרום לשינוי טמפרטורה הם הרי געש וכמובן - השמש עצמה. פעילות מוגברת של הרי געש משחררת חלקיקים לאטמוספרה שמקטינים את עוצמת קרינת השמש שמגיעה לקרקע, כלומר היא גורמת להתקררות. לפי הנתונים הנוכחיים, מאז אמצע המאה העשרים הייתה פעילות מוגברת של הרי געש, כלומר אם הם היו הגורם היחיד - הייתה אמורה להתרחש דווקא התקררות. ומה לגבי עוצמת קרינת השמש? כאן הנתונים מצביעים על עלייה בעוצמה במאה השנים האחרונות, אך לא בכמות כזו שתוכל להסביר את ההתחממות כולה. לסיכום, ה-IPCC טוען שמבין שלושת הגורמים האפשריים: עליית ריכוז גזי החממה, עלייה בעוצמת קרינת השמש ופעילות מופחתת של הרי געש, הגורם הראשון הוא היחיד שיכול להסביר את עליית הטמפרטורה שנמדדה.

לא כל החוקרים מסכימים עם המסקנות, ויש כאלו שמנסים להראות שפעילות השמש התגברה באופן ניכר בתקופה האחרונה או שקיים מנגנון אחר שאחראי להתחממות. קראתי הרבה בנושא, הן את דוחות ה-IPCC והן מאמרים של מתנגדים, ודעתי האישית היא שהנתונים הנוכחיים מצביעים על כך שהאדם אחראי למרבית ההתחממות. לא השתכנעתי שיש גורם אחר שיש לו השפעה מספיק חזקה עד כדי כך שהוא יכול להסביר את ההתחממות שנצפתה. יחד עם זאת, אני מסכים שיש חשיבות רבה להמשך איסוף הנתונים ולהבנה טובה יותר של התהליכים המורכבים המשפיעים על האקלים.

הסרט Home

קיבלתי המלצה מאלעד, קורא של הבלוג ותלמיד בפרויקט ח"צ במכון ויצמן, על סרט חדש בשם Home. הסרט, שאורכו שעה וחצי, יהיה זמין לצפייה ביוטיוב למשך מספר ימים ובמקביל הוא מוקרן בבתי קולנוע במדינות רבות בעולם.

צפיתי בסרט ונהניתי, בעיקר מצילומי האוויר המרהיבים. מלבד בחירת הנושאים המעולה, גם איכות הצילום גבוהה במיוחד. הבמאי השתמש במצלמה של Cineflex מחוברת למסוק. מדובר במצלמת וידאו בעלת רזולוציה גבוהה המיוצבת בעזרת גירוסקופ נתון במערכת של גימבלים. גירוסקופ כזה, שמסתובב במהירות מספיק גבוהה, ימשיך להסתובב סביב אותו ציר גם כשבסיס המתקן המחובר למערכת הגימבלים אינו יציב. המצלמה שמחוברת לציר ממשיכה לצלם באותו כיוון גם בעת תנועה של המסוק, למשל כשהוא משנה כיוון או מסתובב במקום.

הדבר היחיד שקצת אכזב אותי הוא המלל הנלווה לסרט. הסרט מציג גישה אקולוגית שבהחלט מקובלת עלי ואני מזדהה איתה, אבל האמירות שלו פשטניות מדי בעיני. אני מתאר לעצמי שהכוונה של כותבי הטקסט הייתה להעביר מסר פשוט וברור, והם עושים זאת בהצלחה, אבל הייתי מצפה שיהיה בו קצת יותר מידע, ושהוא ילמד את הצופה הממוצע דברים חדשים שהוא טרם שמע עליהם ממקורות אחרים. אפשרות אחרת היא להסתפק בצילום מלווה במוזיקה. לדעתי המסר ברור דיו גם ללא מילים. זה למשל מה שבחרו לעשות בסרט Baraka הנהדר מ-1992.

לסיכומו של דבר נהניתי מאוד ותודה לאלעד.

עדכון: נכון לינואר 2010 עדיין ניתן לראות את הסרט המלא ביוטיוב

שריפות היער באוסטרליה וההתחממות העולמית

שריפות היער במדינת ויקטוריה שבאוסטרליה גבו את חייהם של למעלה מ-180 בני אדם ומספר עצום של בעלי חיים. ידוע שלפחות חלק מהשריפות נגרמו בשל הצתות, וחשודים אכן נעצרו. יחד עם זאת, קדמה לשריפות בצורת של כמה שנים, ויתרה מכך - גל חום כבד במיוחד פקד את האיזור בינואר 2009. מאז שהחלו מדידות הטמפרטורה באוסטרליה לפני כ-150 שנה לא נרשם גל חום כה חזק - הטמפרטורות במלבורן הגיעו ל-46 מעלות צלזיוס. קרוב לוודאי שאותם פירומנים, שאחראים לחלק מהשריפות, הצטרפו ל"חגיגה" לאחר הדיווחים הראשונים על שריפות שפרצו באופן ספונטני.
מעבר לטרגדיה האנושית ולפגיעה בעולם הטבע הייחודי של אוסטרליה מעניינת אותי השאלה אם יש קשר בין השריפות להתחממות העולמית. במאה השנים האחרונות עלתה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור הארץ בשלושת רבעי מעלה. על כך אין ויכוח. הוויכוח לגבי ההתחממות העולמית נוגע לסיבות שגרמו לאותה עלייה יוצאת דופן ולתוצאותיה של ההתחממות.

הפאנל הבין-ממשלתי לחקר שינויי אקלים (IPCC) שפועל בחסות האו"ם כולל בתוכו מאות מדענים החוקרים את אקלים כדור הארץ. מטרתם לאסוף את הנתונים שפורסמו ולהציג אותם בצורה ברורה. קראתי חלק גדול מהדו"ח האחרון שלהם שהופק ב-2007 (ניתן למצוא אותו באתר של IPCC). אני סבור שהם עושים עבודה טובה בכל הקשור לאיסוף החומר וגם בכל הקשור להסקת המסקנות, אבל צורת ההצגה אינה ברורה מספיק לטעמי. על כך אולי בפעם אחרת.
בכל אופן, ה-IPCC טוען (עמ' 5) שקרוב לוודאי (very likely) שהאדם אחראי לעליית הטמפרטורות מאז אמצע המאה ה-20, וזאת כתוצאה מפליטת גזי חממה לאוויר. הם מבססים את המסקנה באמצעות ניתוח שלושת הגורמים העיקריים שיכולים לגרום לשינויי טמפרטורה: שינויים בעצמת קרינת השמש, פעילות געשית (מורידה את הטמפ') וגזי חממה. מבין אלו, מדידות של השניים הראשונים מראות שהטמפ' הייתה אמורה לרדת בחמישים השנים האחרונות. אם כך, העלייה בריכוז גזי החממה, שמקורה ללא ספק בפעילות האדם, גרמה לעליית הטמפרטורה. המסר הזה שהאדם אחראי להתחממות העולמית מוסכם על כל חברי ה-IPCC ועל מרבית החוקרים בעולם שעוסקים בתחום.

ה-IPCC מתייחס באריכות גם לתוצאות אפשריות של ההתחממות העולמית. זו, אגב, עלולה להגיע לסדר גודל של 4-2 מעלות צלזיוס נוספות במהלך המאה ה-21. מבין הסכנות האפשריות, זו שמתייחסת לאירועי מזג אוויר קיצוניים היא פחות ודאית (סכנות ודאיות יותר - בצורת, מחסור במים, עליית פני הים, היעלמות מינים). מה עוד שלשם בדיקה שלה יש צורך בהרבה יותר סטטיסטיקה ממה שיש כעת. אני לא מחויב לזהירות שבה נוקט ה-IPCC, ולכן אני מוכן להעז ולומר ששריפות היער באוסטרליה נובעות מההתחממות העולמית. נכון שאין ודאות סטטיסטית, משום שאין מספיק מידע לגבי שריפות יער באוסטרליה בתקופות קדומות (וקרות יותר), אבל מצד שני המנגנון שבו ההתחממות העולמית גורמת לפרוץ השריפות הגיוני למדי - השריפות הללו נגרמו על ידי גל חום קיצוני שפקד את האיזור, וגלי החום הם קרוב לוודאי ביטוי של ההתחממות העולמית.

אפקט החממה, מנגנון החימום של כדור הארץ באמצעות גזי החממה, מובן כיום באופן מלא, אך כמובן יש עוד הרבה דברים קשורים שכדאי לחקור. בכל הנוגע לאירוע הנוכחי הייתי מציע להתמקד בניסיון להבין אם וכיצד העלייה בריכוז גזי החממה גורמת להיווצרות גלי חום פתאומיים וחזקים. במילים אחרות, ידוע כיצד ריכוז גזי החממה משפיע על הטמפ' הממוצעת, אבל לא ידוע כיצד הוא משפיע על אירועים קצרים ומקומיים.