מימן הוא היסוד הראשון בטבלה המחזורית, והוא היסוד הפשוט והקל ביותר ביקום. בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי, כלומר בתנאים סטנדרטיים, המימן הוא מולקולה דו-אטומית, גזית, חסרת צבע וריח, ומדובר בחומר דליק ופציץ מאוד. בשל היותו קל מאוד, כמות המימן החופשי באטמוספירה של כדור הארץ זניחה, פחות מחלקיק אחד לכל מיליון חלקיקים באטמוספירה, וגם הכמות שלו בקליפת כדור הארץ נמוכה. יחד עם זאת, המימן הוא יסוד חיוני לחיים, והוא מופיע באין ספור תרכובות כימיות מרכזיות: ממים ועד חומרים אורגאניים כגון פחמימות, שומנים, חלבונים ועוד.
מימן יכול גם לשמש כדלק. לפני כ-20 שנה, כשהיה חשש להידלדלות משאבי הדלק הזמינים, החל חיפוש אחר חלופות לדלקים פוסילים, ובין היתר נבחנה הנעה מימנית לכלי תחבורה. אך עם התעצמות משבר האקלים, המימן הוצע גם כאלטרנטיבה ירוקה לפחם ולגז טבעי, לייצור חשמל ולטובת חימום בתעשייה.
התהליך להפקת אנרגיה ממימן פשוט יחסית, ועיקרו תגובה של מימן עם חמצן, כלומר חמצון של מימן או אם תרצו שריפה, לקבלת מים, שמשחררת אנרגיה רבה ליחידת מסה של דלק, אבל יותר חשוב לא פולטת גזי חממה או מזהמי אוויר אחרים. גם הטכנולוגיה מוכרת ופשוטה יחסית, והיא כוללת תא אלקטרוכימי, או בשמו המוכר יותר תא דלק, שבו יש קתודה ואנודה וביניהן אלקטרוליט, וגם זרז. לאורך השנים הסוגיה הטכנולוגית העיקרית הייתה השינוע והאחסון של המימן, כמו גם השימוש בו בכלי רכב, כי הרי מדובר בחומר מאוד נפיץ. בהתאם, הוצעו כל מני פיתוחים, ביניהם ייצור של מימן ממתנול בתא הדלק עצמו, שמייתר את הצורך באגירת מימן.
אבל אליה וקוץ בה. המעבר לדלק מימני מחייב הפקה של מימן גזי נקי, ומדובר בתהליך עתיר אנרגיה, שלרוב מסופקת על ידי שריפת דלקים מאובנים, תהליך הכרוך בזיהום אוויר, קרקע ומקורות מים ובפליטות גזי חממה. יתרה מכך, למרות שניתן להפיק מימן על ידי פירוק של מים בעזרת חשמל, בתהליך אלקטרוליזה, הרי שתהליך זה יקר ובעיקר מאוד אנרגטי, ולכן רוב המימן המיוצר בעולם כיום מופק מדלקים מאובנים בשני תהליכים עיקריים: תהליך רפורמציה בין גז טבעי-מתאן למים, או תהליך גזיפקציה של פחם עם מים, שמניבים מימן ופחמן דו-חמצני, שהוא גז חממה, וגם פחמן חד-חמצני.
אולם בשונה מתהליכי שריפה של פחם, גז טבעי או דלק נוזלי, במקרה זה ניתן לתפוס את הפחמן הדו-חמצני במקור ולאגור אותו, ובשנים האחרונות נעשים יותר יותר מאמצים לפתח טכנולוגיות תפיסה ואחסון של הפחמן הדו-חמצני ( (Carbon Capture and Storage, למשל על ידי תגובה עם בסיסים שונים ליצירת אשלגן או סידן פחמתי. אולם, לא רק שטכנולוגיות התפיסה והאחסון עדיין בשלבים הראשונים, עדיין לא ברור האם ניתן יהיה להשתמש בהן לייצור כמות משמעותית של מימן. בנוסף, צריך לזכור שמתהליכים אלה לייצור מימן משתחררים גם מזהמי אוויר שונים, ושגז טבעי עצמו, כלומר מתאן, הוא גז חממה משמעותי הרבה יותר מפחמן דו-חמצני, וגם הוא משתחרר בתהליכי ההפקה, ההובלה והאחסון שלו. חלופה סביבתית שהוצעה בשנים האחרונות היא שימוש בביו-מסה, ואפילו בפסולת אורגאנית, כחומר גלם לייצור מימן, אך גם זו כרוכה בפליטת מזהמים.
יאכטה המונעת באמצעות מימן
(Sinot Yacht Architecture _credit Design)
חלופה ידידותית יותר לסביבה, היא יצירת "מימן ירוק" על ידי הידרוליזה של מים עם עודפי אנרגיה מתחדשת. במקרה זה המימן משמש למעשה כחומר לאגירת אנרגיה, כמו סוללות. כך בזמן שתנאי הסביבה לא מאפשרים ייצור של אנרגיה מתחדשת, למשל בלילה במקרה של אנרגיה סולארית, ניתן להשתמש במימן שהופק ממים באמצעות עודפי אנרגיה סולארית ביום. בנוסף, חשוב לזכור, שמימן לא צריך וגם לא יכול להיות חלופה לאנרגיות מתחדשות, שהן זולות יותר ונכונות יותר מבחינה סביבתית, וגם מבחינת החשבון האנרגטי. וכמובן שיש עוד סוגיות של בטיחות שצריך לפתור.
אין ספק כי דלק מימני ישחק תפקיד קריטי ומרכזי בסל הדלקים העתידי כבר בקרוב, יחד עם דלקים מתחדשים אחרים, כמו אנרגיות שמש ורוח. גם הטכנולוגיות לייצור מימן מגז טבעי בשילוב של טכנולוגיות לתפיסה ואחסון של פחמן הולכות ומתפתחות. הפקת מימן ממים או מביו-מסה באמצעות מערכות תרמו-סולאריות, תהיה, ללא ספק, הדרך המועדפת ביותר לייצור מימן, ולמעשה, כמו במקרה של פוטוסינתזה ודלקים אורגניים, היא תמיר אנרגיה סולארית, לאנרגיה כימית ואחר כך לחום או לחשמל. דלק מימני ירוק יכול להיות גם פתרון להנעת כלי רכב כבדים, אוניות ואפילו מטוסים, שקשה יותר להניע עם סוללות חשמליות, כמו גם לאחסון אנרגיה. זאת ועוד, שילוב שלו עם אנרגיות מתחדשות יכול לספק גיוון ומרחב תמרון גדול יותר במשק האנרגיה של כל מדינה ומדינה.
פרופ' עדי וולפסון הוא חוקר במרכז לתהליכים ירוקים במכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון ומחבר הספר "צריך לקיים - אדם, חברה וסביבה: לקחי העבר ואחריות לעתיד" (פרדס, 2016).
