אחד האתגרים הגדולים ביותר של האנושות במסגרת המאבק במשבר האקלים הוא הפחתת הפליטות של גזי חממה לאטמוספרה. העלייה המתמדת בריכוז גזי החממה, כמו פחמן דו-חמצני, דורשת מהקהילה המדעית למצוא פתרונות - למשל התייעלות אנרגטית, צמצום פגיעה בשטחים פתוחים, שינויים בהרגלי הצריכה, שינויים תזונתיים, טכנולוגיות ללכידת פחמן דו-חמצני, ומעבר לשימוש באנרגיות מתחדשות שמצמצמות את כמות הפליטות.
דרך נוספת, שעדיין אינה יעילה מבחינה כלכלית, אך מאפשרת שימוש חוזר בפחמן דו-חמצני, היא המרה שלו לדלקים או לחומרים תעשייתיים. מחקר בינלאומי חדש, בהובלת חוקרים מהאוניברסיטה העברית, מצא דרך להפוך את התהליך הזה ליעיל וכלכלי יותר.
תהליך מעגלי
כדי להבין את חשיבות המחקר הנוכחי, יש להבין את האתגר במציאת פתרונות לבעיה. פחמן דו-חמצני נחשב לגז החממה העיקרי הנפלט לאטמוספרה, והוא בעל השלכות ניכרות על התחממות כדור הארץ ושינויי האקלים. גזי החממה הנפלטים עקב פעילות אנושית נפלטים בעיקר בתהליכי הפקת אנרגיה, תחבורה, חקלאות, הרס שטחים פתוחים, בנייה ותעשייה. היקף פליטות גזי החממה ממקור אנושי שקול לכ-55 מיליארד טונות של פחמן דו-חמצני – ממוצע של כ-6.8 טונות גז בשנה שכל אדם בעולם מייצר. הפחמן הדו-חמצני תורם להגברת אפקט החממה, שמוביל לעלייה בטמפרטורות, לאירועי מזג אוויר קיצוניים, לבצורות ולסופות.
אחת הדרכים הנחקרות כיום להפחתת כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה היא על ידי המרתו באמצעות תגובה כימית לחומר בעל ערך מוסף גבוה, שיכול לשמש כדלק סינתטי. לתהליך הזה יש יתרונות וחסרונות. מצד אחד, בשלב הראשון, הוא מפחית את כמות הפחמן הדו-חמצני באוויר. אך מצד שני, שריפת הדלקים לאחר מכן משחררת מחדש את הפחמן הדו-חמצני לאטמוספרה. כלומר מתקיים תהליך מעגלי – ריכוז הפחמן הדו-חמצני נמצא לכאורה באיזון כאשר הדלק ממוחזר. לדעת חוקרים רבים, זה תהליך עדיף בהרבה על פני שימוש בדלקי מאובנים ששריפתם משחררת פחמן דו-חמצני נוסף לאטמוספרה.
מנגד, מומחים רבים לא רואים בכיוון הזה תחליף מועיל לשימוש בדלקי מאובנים לתחבורה. לפי ד"ר דניאל מדר, שותף מייסד של SP Interface, כאשר מבצעים ניתוח מחזור חיים לתהליכים כאלו, מוצאים כי יש פליטות משמעותיות של גזי חממה והשפעות סביבתיות נוספות הנובעות מהתהליך עצמו, עקב שימוש באנרגיה, בחומרים, במים ועוד. לדבריו, בניגוד לתהליכי תפיסת פחמן לטווח ארוך הכוללים הטמנה שלו בקרקע או כחלק ממוצרים מאריכי שנים (כמו חומרי בנייה), מכיוון שדלקים בתחבורה נשרפים תוך שבועות או חודשים לאחר הפקתם, הפחמן הדו-חמצני מוסר מהאטמוספרה לתקופה קצרה מאוד וכך התועלת האקלימית מוגבלת מאוד.
"ציפייה להגעת דלקים סינתטיים עשויה לתקוע אותנו עם מנועי בעירה פנימית לעוד הרבה שנים", הוא אומר. "עדיף להתמקד בהאצת חלופות קיימות כמו הנעה חשמלית, שבניגוד לדלק סינתטי לא פולטת זיהום אוויר ברחובות. הפקת דלק סינתטי עשויה להועיל לסביבה ולאנושות בעיקר עבור ייצור מוצרים שכרגע אין להם תחליף סביבתי יותר כיום, כגון דלקים לתעופה, ייצור פלסטיק וחומרים אחרים".
לזרז את המאבק במשבר האקלים
מחקר בינלאומי חדש, בהשתתפות חוקרים אמריקנים וישראלים ובתמיכת הקרן הדו-לאומית למדע של ישראל וארצות הברית, שהתפרסם בכתב העת המדעי Nature Catalysis, מצא דרך יעילה יותר לבצע את התהליך המורכב של המרת פחמן דו-חמצני לדלק. ״ישנה כמות גבוהה של פחמן דו-חמצני באטמוספרה, כיוון שכאשר אנחנו שורפים דלק נוצר פחמן דו-חמצני״, מסביר פרופ' אלעד גרוס מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית, שעומד בראש צוות החוקרים הישראלים שהשתתפו במחקר, בהובלת הדר שמאע, דוקטורנט בקבוצת המחקר של גרוס. ״אחת הבעיות הלא פתורות היום בעולם הכימיה היא איך להפוך את הפחמן הדו-חמצני לתוצר שימושי, כאשר האתגר המרכזי הוא שהפחמן הדו-חמצני הוא מולקולה יציבה מאוד שקשה מאוד לשנות אותה מבחינה כימית בצורה מבוקרת״, הוא מוסיף.
גרוס מסביר שמטרת המחקר היא להפוך את הפחמן הדו-חמצני למתנול, אלכוהול שיכול לשמש כדלק, וכחומר מוצא ליצירת תוצרים שונים, כמו מוצרי פלסטיק, צבעים ותרופות. ״מבחינה כימית, מתנול הוא חומר יעיל שניתן ליצירה מפחמן דו-חמצני״, מציין פרופ' גרוס. ״אך כדי לעשות זאת, צריך להשקיע הרבה מאוד אנרגיה, ולכן התהליך הזה נחשב מאוד לא יעיל כלכלית. המחקר שלנו התמקד בפיתוח חומרים הנקראים זרזים (קטליזטורים), שתפקידם לזרז את התהליך הכימי ולאפשר את המעבר בין פחמן דו-חמצני למתנול״.
החוקרים הצליחו לייצר זרזים המורכבים ממולקולות שמצפות ננו-צינוריות של פחמן (צינוריות מיקרוסקופיות שמורכבות מפחמן). הזרזים הללו מאפשרים להפיק מתנול מפחמן דו-חמצני בצורה יעילה יותר מאשר זרזים אחרים הקיימים כיום. ״הזרז מאפשר להגיע לתוצר הרצוי ביעילות ובהשקעה נמוכה יותר של אנרגיה חשמלית, מה שהופך את התהליך לאטרקטיבי יותר מבחינה כלכלית״, מאשר גרוס. ״אחת מהנקודות החשובות במחקר זה הייתה ההוכחה שלא רק הזרז עצמו הוא שמשפיע על יעילות התהליך, אלא גם הסביבה הכימית שבה הוא נמצא. בעזרת כלי מדידה ייחודיים ורגישים הצלחנו להוכיח שעל ידי ציפוי אחיד ודק של המולקולות על פני ננו-צינוריות פחמן ניתן לקבל סביבה כימית אופטימלית שבה הריאקציה הכימית מתרחשת בצורה יעילה״, הוא מוסיף.
על ידי שימוש בטכנולוגיה מתקדמת להמרת פחמן דו-חמצני לדלקים נוזליים, והבנה של התהליך הכימי שמאפשר את ההמרה הזאת, נפתח צוהר לפתרונות שהם יותר בני קיימא. פתרונות אלה לא רק יכולים לצמצם את העלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, אלא גם לייצר ממנו מקור אנרגיה חלופי, נקי וכלכלי יחסית לעומת דלקי המאובנים הרווחים כיום בשימוש. ההצלחה בפיתוח זרזים שמייעלים את התהליך הכימי היא צעד חשוב לעבר יישום תעשייתי רחב יותר של הטכנולוגיה.
הכתבה הוכנה על ידי זווית – סוכנות הידיעות של האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה
