כפי שאולי קראתם בכתבות קודמות שלנו, המין האנושי עלול להיקלע כבר בשנים הקרובות למשבר אנרגיה חמור. הפעם החלטנו להקדיש את תשומת לבנו לכמה ממגוון הכיוונים האפשריים לפתרון הבעיה. הפתרונות המעשיים ביותר כיום הם אנרגיה גרעינית, אנרגיית הרוח, אנרגיה ממקורות ביולוגיים ואנרגיה סולרית. כל אחד מהפתרונות הללו פועל בהצלחה כבר כיום ואפשר להפיק בעזרתו אנרגיה במידה זו או אחרת.
מובן שנכון להיום אף אחד מהם לא יאפשר לבדו לפתור את כל צרכי האנרגיה שהמין האנושי זקוק להם, אך ייתכן שבעתיד יושגו בהם שיפורים שיאפשרו להם לשאת חלק לא מבוטל ממעמסת ייצור האנרגיה הדרושה לבני האדם.
אחד הקריטריונים העיקריים כיום בדרך לאימוץ של טכנולוגיה להפקת אנרגיה הוא עד כמה מקור האנרגיה מסוגל להתחדש. אחרי הכול איננו רוצים להתבסס על מקורות אנרגיה מתכלים ולא מתחדשים כמו נפט ופחם, משתי סיבות עיקריות. קודם ראשית, משאבים כאלה ייגמרו במוקדם או במאוחר ושוב נצטרך למצוא להם תחליפים יעילים. ושנית, שריפת דלקים גורמת לפליטה מוגברת של פחמן דו-חמצני וגזי חממה אחרים לאטמוספירה ומאיצה את תהליך ההתחממות הגלובלית.
ללמוד מהעצים
כאן נספר לכם על גישה אחרת לייצור אנרגיה מתחדשת. אחד ממקורות האנרגיה הזמינים ביותר בכדור הארץ הוא אנרגיית השמש. צמחים ויצורים אחרים מנצלים את האנרגיה זו ומבצעים פוטוסינתזה, שאחראית בצורה ישירה או עקיפה לקיומם של כל החיים בכדור הארץ.
פוטוסינתזה היא התהליך הטבעי שבו תאים רגישים לאור בצמחים קולטים חלק מאנרגיית השמש שפוגעת בהם וממירים אותה בסופו של דבר בכמה שלבים לאנרגיה כימית שנשמרת בקשרים שבין האטומים של הצמח. חלק ניכר מאנרגיית השמש מנוצלת אצל יצורים פוטוסינתטיים לייצור סוכרים, שאוגרים במולקולות שלהם בצורה זמינה חלק מהאנרגיה המקורית (קרינה) ששהצמח קלט מהשמש. התא יכול כעת לנצל את הסוכרים הללו להמשך בנייתו, לבניית תאים אחרים או להשתמש באנרגיה למטרות אחרות על ידי פירוק של מולקולת הסוכר ושימוש באנרגיה שהשתחררה בתהליך הזה לצרכים אחרים.
הטבע מנצל את אנרגיית השמש בדרך שונה מאוד מבני האדם. אנחנו משתמשים בטכנולוגיה הסולרית שלנו כדי לנצל את אנרגית השמש באחת משתי דרכים. בדרך הראשונה אנחנו מחממים מים או חומרים אחרים עד שהם רותחים ומנצלים את הקיטור שמתקבל מאדי המים כדי לסובב טורבינה ליצירת חשמל. בדרך השנייה אנחנו ממירים ישירות את קרני האור לזרם חשמלי. בשני המקרים המטרה היא להפיק חשמל. שימו לב שזה לא מה שקורה בטבע, שם אנרגיית השמש מומרת לאנרגיה כימית, ולא לחשמל. האם יש בכך יתרונות?
מנקודת מבט מעשית, היתרון העיקרי של שמירת האנרגיה בקשרים כימיים היא שאפשר לאגור כך חומרים עתירי אנרגיה בכמויות גדולות. חשמל, לעומת זאת, קשה מאוד לאגור בכמויות שיספקו את צרכינו. אילו ידענו לאגור את אנרגיית השמש בקשרים כימיים, כמו שעושים הצמחים, יכולנו לייצר ממנה דלק.
למעשה תחום המחקר הזה קיים כבר עתה והוא נקרא "פוטוסינתזה מלאכותית". המדענים שעוסקים בו מנסים למצוא דרכים להמיר קרינה לקשרים בין אטומים, למשל ליצירת מימן (2H). בניגוד לחשמל, מימן אנחנו יכולים לאגור (כגז) ולהשתמש בו כדלק, כמו שמשתמשים היום בבנזין ובסולר. אחד האתגרים בתחום הוא לדעת איך לתכנן ולבנות את המולקולות הנכונות, שיידעו לקלוט את אנרגיית השמש (קליטת קרינה ואקסיטציה של אלקטרון) וגם לזרז תהליך יעיל שבו נמיר את האנרגיה בסדרה של תגובות כימיות לאנרגיה שאצורה בקשרים כימיים יציבים של דלקים כמו מימן או סוכרים.
מבין טכנולוגיות האנרגיה החלופית הידועות כיום, אפשר לומר בבטחה שפוטוסינתזה מלאכותית היא בין הפחות הבשלות. למעשה, התחום נמצא כבר שנים רבות בשלב התיאורטי בלבד ועד כה לא הצליחו לפתור את בעיית מציאת המולקולות והתהליך הנכונים. עם זאת, הפוטנציאל הטמון בו, אם יעלה יפה, הוא אדיר, משום שהוא יאפשר לנו לראשונה לייצר דלק מאנרגיית השמש, ממש כמו שהטבע עושה כבר מיליוני שנים.
תובל בן יחזקאל
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
