משאיות
מימן הוא יסוד כימי המהווה חלק מהרבה תרכובות טבעיות, כולל מים. המימן (H2) המשמש בכלי רכב הוא גז נטול ריח ומיוצר בדרך כלל על ידי הפקת מימן ממים או גז טבעי.
יש הרבה רעש לגבי טכנולוגיית המימן בימינו, אך היא אינה דבר חדש. למעשה, מימן משמש כבר זמן רב להנעת חלליות. אנו רואים התעניינות מחודשת בזכות המגמה להפחתת הפחמן של תעשיית התחבורה, ירידה בעלותה של אנרגיה מתחדשת ואסטרטגיות מפורטות יותר של ממשלות ברחבי העולם להמשך הפיתוח של הטכנולוגיה.
רפורמה במתאן קיטור, או SMR, היא השיטה הנפוצה ביותר להפקת מימן בקנה מידה תעשייתי גדול. בתהליך זה מתאן ב-גז טבעי מגיב עם קיטור, ומייצר מימן ופחמן חד חמצני. הפחמן חד חמצני עובר תגובות נוספות, ונוצר יותר מימן. מימן יכול להגיע גם ממים בתהליך שנקרא אלקטרוליזה שבו מים מתפצלים למימן וחמצן באמצעות חשמל.
ישנם גם מקורות אחרים למימן כמו גיזוז ביומסה - שבו חומר צמחי מחומם ומגיב לייצור מימן ופחמן דו חמצני - ותסיסה, שבה סוגים מסוימים של חיידקים מייצרים מימן כחלק מחילוף החומרים שלהם. ניתן לייצר מימן גם על ידי פיצול מים בתאים סולאריים השקועים במים.
על אף שניתן להפיץ מימן דרך צינורות המשמשים לגז טבעי, רוב המימן המשמש כיום לדלק מיוצר במפעלים גדולים ולאחר מכן מועבר עם נגררים מיוחדים למימן נוזלי. ניתן גם להפיק מימן בתחנות תדלוק באמצעות SMR או אלקטרוליזה. אך דרך זו בדרך כלל יקרה ופחות יעילה.
תא דלק מימן פועל בדומה למנוע בעירה פנימית, אך המערכת אינה שורפת את המימן שנשאב ממיכל דחוס אלא ממזגת אותו עם חמצן לייצור חשמל שמניע מנוע חשמלי. התהליך מתרחש בתא דלק PEM (Polymer electrolyte membrane) המורכב מקבוצות של לוחיות דקות, המופרדות על ידי ממברנות.
מימן יכול לשמש כדלק עבור מנוע בעירה פנימית, בדומה למנוע גז טבעי דחוס (CNG). פתרון נוסף הוא שימוש במימן בתא דלק שבו הוא מייצר חשמל כדי להניע את הרכב. מימן יכול לשמש גם כתא דלק עזר להארכת טווח ברכב חשמלי המונע על ידי סוללות.
כאשר מימן משמש להפעלת תא דלק, תוצרי הלוואי היחידים הם מים וחום - ללא מזהמים או גזי חממה. בהתאם לאופן הפקת המימן, הוא יכול לשמש כחלופה נקייה במיוחד לסולר. מימן גם מלא בעוצמה: 80 ק"ג של מימן יכולים לספק מספיק אנרגיה למשאית כדי לעבור מרחק של 800 ק"מ! תהליך התדלוק של רכבי מימן הוא גם מהיר וקל.
ההנעה ברכבי תאי דלק מימן היא חשמלית. המשמעות היא שחווית הנהיגה דומה לנהיגה במשאית חשמלית; ללא רעשי מנוע, התנעה מהירה ויכולת לשחזר אנרגיית בלימה.
מימן הוא מאוד תגובתי, ולכן נוטה לשחוק חומרים אחרים. הוא גם דליק מאוד. גורמים אלה מקשים על ההובלה ומייקרים אותה. בעיה מרכזית נוספת היא היעדר של תשתית מימן ועלות גבוהה של הקמתה. כיום יש רק 337 תחנות תדלוק מימן ברחבי העולם, רובן בגרמניה וביפן. למרות שהוכח שניתן להשתמש בתשתית CNG קיימת להובלה ואחסנה של מימן, זה לא פתרון טוב לתאי דלק שחייבים לפעול על מימן נקי מאוד.
בנוסף, תאי דלק מימן יקרים לייצור מכיוון שהייצור עדיין מתבצע בקנה מידה קטן וכרוך בתהליכים ידניים. מרכיב עלות מרכזי נוסף הוא מיכל המימן, שהוא גדול ותופס הרבה מקום. לבסוף, עלות של דלק מימן גבוהה באופן משמעותי מעלות של סולר.
כאשר מימן מגיב עם חמצן בתא דלק, התפוקה היחידה היא מים. לכן, כאשר משאית מונעת על ידי תא דלק, אין פליטות מזיקות מצינור הפליטה. למרות זאת, בכל מדד להשפעה על האקלים יש לקחת בחשבון גם את תהליך הייצור של המימן, שצורך אנרגיה בצורה אינטנסיבית. רוב המימן כיום מיוצר באמצעות פחם או גז טבעי. לעומת זאת, אם החשמל המשמש לייצור מגיע ממקורות אנרגיה מתחדשים, לדלק המימן יכולה להיות טביעת רגל פחמנית כמעט נייטרלית (זה ידוע בשם 'מימן ירוק'). דרך נוספת לצמצם את טביעת הרגל של המימן היא אחסון לכידת פחמן (CCS), שהוא התהליך שבו פליטות פחמן דו-חמצני (CO2) מ-SMR נלכדות, מועברות ומקובעות לצמיתות במעמקי האדמה.
כדי שכל חלופה לסולר תצליח, היא חייבת להציע יתרון ברור בכל הנוגע לעלות, טווח וזמינות של תשתית. כך אפשר להשוות בין תאי דלק מימן לכלי רכב חשמליים:
עלות: תאי דלק מימן וגם סוללות ליתיום-יון יקרים יותר מסולר. עם זאת, עלותן של סוללות ליתיום יון יורדת במהירות. "בלומברג" חוזה שנקודת ההצלבה - כאשר כלי רכב חשמליים יהפכו לזולים יותר ממקביליהם בעלי מנועי הבעירה - יכולה להיות כבר בשנת 2022. מכיוון שהפיתוח וההפצה של רכבי מימן הוגבלו, קשה למדוד רווחים דומים.
טווח: לתאי דלק מימן יש צפיפות אנרגיה גדולה יותר מאשר לסוללות, ולכן הם מספקים טווח גדול יותר לרכב. למעשה, יחס האנרגיה למשקל של מיכל מימן בלחץ 700 בר גבוה פי עשרה מזה של סוללה. תאי דלק מימן הם גם קלים יותר מסוללות, והמשמעות היא שרכבי מימן מסוגלים להתמודד עם עומס מטען גבוה יותר.
תשתית: הפיתוח והייצור של סוללות ליתיום-יון התקדם הרבה יותר מזה של תאי דלק מימן. משאיות חשמליות הוכחו ככדאיות מבחינה מסחרית, במיוחד בתחבורה עירונית. גם תשתית התדלוק לכלי רכב חשמליים התקדמה הרבה יותר. בארצות הברית, למשל, היו 20,000 תחנות טעינה חשמליות בשנת 2018 ופחות מ-45 תחנות למילוי מימן.
המימן צובר תאוצה רבה. רוב חברות הרכב והמשאיות הגדולות, כולל Volvo Trucks, חוקרות, עובדות על פתרונות וכן יצירת שותפויות לפיתוח הטכנולוגיה. אך לא רק תעשיית הרכב מתעוררת לפוטנציאל הטמון במימן.
עם החששות הגוברים לגבי שינויי האקלים והדרישות ל'התאוששות ירוקה' מ-COVID-19, ממשלות מגלות עניין (והשקעות!) גדולים יותר במימן. רק במאי האחרון, האיחוד האירופי חשף תוכנית התאוששות בסך 750 מיליארד אירו למימון תחבורה ותעשיות ירוקות. התוכנית, שמתמקדת בתוכנית Green Deal"" באירופה, מציבה את המימן בראש סדר העדיפויות עם תוכניות לפיתוח הטכנולוגיה באמצעות סדר יום של השקעות וסחר חופשי חוצה גבולות במימן. בתחילת השנה הוכרזה גם "ברית אירופית למימן נקי" המפגישה משקיעים עם שותפים ממשלתיים, מוסדיים ותעשייתיים.
על אף שהפיתוחים הללו מנבאים טובות על עתיד המימן בהובלות, עדיין ישנם מכשולים רבים עד להגעה לתרומה משמעותית בתחום האקלים או הכלכלה. תחום אחד שבו המימן מראה הבטחה גדולה הוא בהובלה כבדה, ארוכת טווח ותובענית, שבה ניתן להשתמש בו כדי לתדלק קו הנעה חשמלי. המשמעות היא שבמקום להחליף משאיות חשמליות, שמתאימות יותר להפצה ולהובלה אזורית, שתי הטכנולוגיות יכולות לעבוד יחד כדי לבנות מערכת תחבורה בת קיימא.
בשאלה האם מימן עשוי להחליף את מנוע הדיזל; הדחיפה לתחבורה בת קיימא פירושה שהמימן כנראה יחליף כמה רכבי דיזל. במיוחד אם יש מקרה עסקי ברור ויתרון תחרותי לעשות זאת.
תאי דלק מימן, משאיות חשמליות, דלק ביולוגי, ביו-גז טבעי נוזלי... נראה שרשימת החלופות השונות לדיזל פשוט הולכת וגדלה. כמפעיל תחבורה, ייתכן קושי להבין את עולם הדלק החלופי ולהתמצא בו. כדי לעזור, הכנתי מדריך עם סקירה כללית של דרכי העבודה של כל טכנולוגיה, וכן היתרונות והחסרונות שלה.
לארס מארטנסון
מנהל חדשנות וסביבה בוולוו משאיות
