פחות,
אבל מזהם

קשה לדמיין את חיינו בלי חשמל. כ-70 אחוז מאספקת החשמל בישראל, ורבע מהחשמל בעולם, מיוצרים באמצעות שריפה של גז טבעי. צריכת הגז בארץ ובעולם עולה בהתמדה, וכך גם הטמפרטורה הממוצעת בעולם והצורך לעצור את פליטות גזי החממה עקב שריפת דלקים וגורמים נוספים. תחנות הכוח המונעות בגז אומנם מזהמות פחות מתחנות כוח פחמיות, אך האם הן באמת עוזרות לצמצם את משבר האקלים או שמא הן מחריפות את הבעיה? 

חשמל, חום וזיהום

לונדון, 1831. מייקל פאראדיי (Faraday) מפיק חשמל לראשונה באמצעות הזזה של מגנט בתוך סליל מתכת, ושל מתכת בתוך שדה מגנטי, בתהליך שנקרא השראה אלקטרומגנטית. תוך שנים לא רבות יפותחו על בסיס המנגנון הראשוני הזה גנרטורים משוכללים יותר שממירים ביעילות אנרגיה מתנועה סיבובית לזרם חשמלי. בגנרטורים האלה, שריפת דלק כלשהו, למשל פחם או גז טבעי, משמשת להרתחת מים. לחץ הקיטור שנוצר – אדי המים – מסובב טורבינה שמפעילה את הגנרטור ומייצרת חשמל. כך המהפכה החשמלית יצאה לדרך.

כיום טורבינות שמחוברות לגנרטורים מספקות את רוב תצרוכת החשמל העולמית. נכון להיום רוב החשמל בעולם מופק משריפת דלקי מחצבים שנכרים ממאגרים תת-קרקעיים, כגון פחם, נפט וגז טבעי. בתהליך השריפה משתחרר לאטמוספרה פחמן דו-חמצני – גז חממה, כלומר גז שמקטין את פליטת החום לחלל ולכן תורם להתחממות כדור הארץ, שצפוי להישאר באטמוספרה עוד שנים ארוכות. שריפת הדלקים גם מזהמת את האוויר ופוגעת פגיעה קשה בבריאות הציבור.

אם בישלתם אוכל על מדורה, הסירים שלכם ודאי התלכלכו מהפיח שנמצא בעשן. לעומת זאת, בישול בכירת גז ביתית מותיר את דפנות הסירים ואת קירות הבית נקיים יחסית. באופן דומה, תחנות כוח ששורפות פחם או נפט יוצרות זיהום אוויר משמעותי, המורכב מחלקיקים נשימים וחומרים מסוכנים אחרים. תחנות כוח ששורפות גז טבעי פולטות הרבה פחות חלקיקים כאלה, ולכן נוטים להחשיב אותן נקיות, או "ירוקות".

שריפת דלק היא הכי נקייה כשהיא מלאה. שריפה מלאה של פחמימנים – תרכובות של אטומי פחמן ומימן בלבד, שהן המרכיב העיקרי בדלקי המחצבים – יוצרת רק פחמן דו-חמצני ומים, ללא פיח וחלקיקים נוספים. בשריפה מלאה, הדלק מגיב במלואו עם חמצן, כך שהיא דורשת ערבוב טוב שלהם, תנאי טמפרטורה מדויקים ודי זמן להשלמת התגובה הכימית. תחנות כוח מונעות בגז שורפות כמעט במלואו את גז המתאן, שהוא המרכיב העיקרי בגז הטבעי.

שריפה מלאה של מתאן (CH₄), המרכיב העיקרי בגז טבעי, עם חמצן (O₂) יוצרת רק פחמן דו-חמצני (CO₂) ואדי מים (H₂O) | איור: Jynto, ויקיפדיה

לעומת גז המתאן, שמתערבב בקלות עם האוויר, קשה יותר ליצור בעירה מלאה של דלקים מוצקים או נוזליים, כמו פחם ומוצרי נפט. בדלקים האלה קיימת משיכה חזקה בין המולקולות המרכיבות אותם, כך שנחוצה טמפרטורה גבוהה יותר כדי להגיע לבעירה מלאה. צריך גם לחמם ולאדות אותם כדי שיגיבו באופן מיטבי עם החמצן שבאוויר, וקשה לשמור עבורם על תנאי בעירה מיטביים. בנוסף, הנפט והפחם מכילים חומרים מזהמים שמפריעים לתהליך הבעירה ויוצרים אפר וגזים רעילים אפילו בשריפה מלאה.

גם השריפה בתחנות הגז אינה מלאה לחלוטין, והן פולטות לאוויר כמויות לא מבוטלות של פחמן חד-חמצני (CO), מתאן וחומרים נוספים. בנוסף, הטמפרטורה הגבוהה וריבוי החמצן בתא השריפה מחוללים תגובות כימיות גם בין החמצן לחנקן שבאוויר ויוצרים תחמוצות חנקן רעילות. כמו כן, הגז הטבעי אינו נקי לחלוטין ממזהמים, גם אחרי שמעבירים אותו תהליכי טיהור אלה ואחרים. ואם לא די בזה, עצם קידוח הגז הטבעי לצורך הפקתו ממעמקי האדמה פוגע בסביבה ומשחרר אליה חומרים רעילים. כלומר תחנות הגז אומנם הרבה יותר נקיות מתחנות הכוח הפחמיות, אך גם הן פולטות מזהמים מסוכנים.

אנרגיה קטלנית. כמה אנשים משלמים בחייהם על החשמל שכולנו צורכים, דרך זיהום אוויר ומפגעים נוספים? מקור: Our World in Data

יעילות מול מהירות

תחנות כוח שמונעות בגז עשויות כיום להגיע ליעילות של 45 אחוז ואף למעלה מזה, כלומר האנרגיה החשמלית שהן מספקות שקולה לכ-45 אחוז מהחום שמשתחרר בתהליך הבעירה. עם זאת, היעילות של חלק מתחנות הכוח המבוססות על גז טבעי שמתקינים בישראל נמוכה הרבה יותר ועומדת על כ-25 אחוז בלבד. מדוע? התשובה קשורה בין השאר לקפה שאנו שותים בבוקר.

רשת החשמל הארצית צריכה לספק בכל עת כמות חשמל מדויקת שמתאימה לביקוש לחשמל במדינה. היות שהיכולת הנוכחית שלנו לאגור חשמל היא מעטה מאוד, צריך להתאים בכל רגע את כמות החשמל המיוצרת להיקף המשתנה של צריכת החשמל. 

בבוקר יום עבודה טיפוסי, רבים מאיתנו מתעוררים בשעה דומה ומיד מרתיחים מים לקפה ומפעילים שורה של מוצרי חשמל נוספים. בעקבות זאת צריכת החשמל עולה במהירות וצריך להגביר את הייצור כדי לספק אותה. אפשר "ללחוץ על הגז", כלומר לשרוף יותר דלק בתחנות הכוח הפועלות, וכך להגביר את ייצור החשמל. אך התהליך הזה מוגבל. ככל שצריכת החשמל עולה, גובר הצורך להפעיל עוד יחידות לייצור חשמל. כשהביקוש לחשמל יורד שוב, למשל בשעה שבה רבים מאיתנו יוצאים מהבית בדרך לעבודה, אין בהן צורך יותר, והן מכובות. יחידות הייצור האלה מכונות "פיקריות" (מהמילה האנגלית Peak, כלומר פסגה, או שיא) כי הן מופעלות בעיקר בשעות השיא בביקוש לחשמל. 

הביקוש לחשמל תלוי מאוד במזג האוויר ובהיקף השימוש במזגנים ובתנורי חימום. הוא נוטה לעלות גם בשעות אחר הצהרים והערב, או כשמתפרץ גל חום או גל קור. בנוסף, במקומות שבהם מייצרים הרבה חשמל מאנרגיית השמש, יכולת הייצור הנוספת הזאת בשעות היום מצמצמת את הצורך בהפעלת תחנות כוח מבוססות גז בשעות הללו. 

בתחנות הכוח צריכים להפעיל ולכבות יחידות ייצור בהתאם לביקוש. חדר בקרה בתחנת כוח באיטליה | צילום: Alessia Pierdomenico, Shutterstock

ליכולת להפעיל במהירות את יחידות הגז לייצור חשמל, בדרך כלל בתוך כמה עשרות דקות, יש מחיר: רובן פחות יעילות מיחידות ייצור מורכבות יותר. לרוב תהיה בהן טורבינה אחת בלבד, למשל טורבינה סילונית בה הגז בוער בדומה לנעשה במנוע של מטוס סילון. יעילותן נמוכה במיוחד במהלך ההנעה וההתחממות שלהן, או כשמפעילים אותן בהספק משתנה, שבו השריפה פחות מלאה. משמעות הדבר היא שהן שורפות יותר גז בתהליך פחות נקי כדי לייצר אותה כמות חשמל. 

יחידות ייצור אחרות משלבות במחזור הפעולה שלהן כמה טורבינות, ולכן הן נקראות יחידות מחזור משולב. גזי הפליטה החמים לא משתחררים מהן ישירות לאוויר, כפי שנעשה ביחידות הפשוטות, אלא משמשים לייצור קיטור. כך, שריפת הגז מסובבת טורבינת קיטור נוסף על הטורבינות שבהן מתרחשת בעירת הגז עצמה, והיא מאפשרת לייצר יותר חשמל מאותה כמות גז. תהליך התנעתן של מערכות כאלה נמשך כמה שעות, בין השאר מכיוון שחימום המים לייצור הקיטור הוא תהליך איטי.

יחידות הייצור הללו מספקות בדרך כלל יותר חשמל מהיחידות המהירות, ונהוג להשאיר אותן פעילות לפרקי זמן ארוכים. חלק מתחנות הכוח ממשיכות לנצל את החום שנפלט גם לשימושים אחרים, כגון חימום מים לתעשייה או הסקת בתי מגורים. יעילותן יכולה להגיע אפילו ל-80 אחוז. תחנות קיטוריות אחרות, הפועלות על פחם או על דלק גרעיני, דורשות זמן הנעה ארוך אף יותר, שעשוי להימשך לפעמים יותר מחצי יממה. 

איך עובדת תחנת כוח המונעת בגז? סרטון קצר של חברת החשמל הנורווגית, statkraft, המסביר את העיקרון (אנגלית, כתוביות בעברית. תרגום: מכון דוידסון לחינוך מדעי): 

פתרון או אסון? 

שר האנרגיה לשעבר יובל שטייניץ טען בריאיון לעיתון גלובס בשנת 2021 כי "בניגוד למה שמחרטטים לפעמים חלק מהאנשים, הבעיה העיקרית, גם לגבי ההתחממות הגלובלית, עדיין נתפסת כשימוש בפחם – לא השימוש בגז טבעי או דברים אחרים". האם יש צדק בטענתו? 

מצד אחד, בהשוואה לשריפת פחם, שריפת גז טבעי פולטת כמחצית מכמות הפחמן הדו-חמצני עבור כל יחידת חום שהיא מייצרת. הסיבה לכך טמונה בהרכב השונה של שני הדלקים ובקשרים הכימיים שיש בהם. בנוסף, תחנות מונעות בגז יעילות יותר, בממוצע, בהמרת חום לחשמל לעומת תחנות מונעות בפחם. ייצור חשמל בגז פולט פחות פחמן דו-חמצני מאשר ייצור חשמל בפחם.

ובכל זאת, מדעני אקלים טוענים כי שימוש בגז טבעי מחמם את העולם לא פחות משריפת פחם. נימוקם הוא שהמתאן, שהוא כאמור המרכיב העיקרי בגז טבעי, הוא גז חממה חזק בעצמו, שאחראי לכשליש מעליית טמפרטורת פני השטח הממוצעת בעולם עד כה. אף על פי שהמתאן מתפרק באטמוספרה תוך כעשר שנים בלבד – הרבה יותר מהר מהפחמן הדו-חמצני. המולקולות שלו יעילות במיוחד בבליעת קרינה תת-אדומה המוחזרת מפני השטח של כדור הארץ, ובהגברת אפקט החממה.

בעוד שבעבר הניחו כי דליפות המתאן מתעשיית הגז הטבעי נמוכות למדי, בשנים האחרונות התברר שהיקפן עולה בהרבה על ההערכות. כמויות משמעותיות של הגז השקוף וחסר הריח דולפות לכל אורך שלבי ההפקה והשימוש בו, ובעיקר בעת שאיבתו מבארות בעומק האדמה, עיבודו, וכן במהלך הובלתו ואחסונו. 

כמויות עצומות של מתאן דולפות לאטמוספרה לאורך כל שרשרת ההפקה והצריכה. מתקן לניזול גז טבעי המובל באניות | צילום: Aerial-motion, Shutterstock

סוגרים את ברז הגז?

לתחנות כוח שמונעות בגז טבעי יש, אם כן, כמה יתרונות לעומת אלה ששורפות פחם. הן מזהמת פחות את האוויר, נוחות יותר לשימוש ולבנייה, ובדרך כלל גם מייצרות חשמל זול יותר – אם כי מלחמת רוסיה-אוקראינה סיבכה את המצב מהבחינה הזאת. עם זאת, גם שריפת גז מזהמת את האוויר ומסכנת את בריאותנו, והיא פולטת כמויות אדירות של גזי חממה – פחמן דו-חמצני ומתאן.

לפי הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) יש להפחית לאפס את מאזן פליטות הפחמן הדו-חמצני והמתאן של האנושות כולה עד שנת 2050. בפועל, הגשמת היעד הזה נראית רחוקה מתמיד, וכדי לעמוד בו נצטרך לצמצם מיד ובאופן דרסטי את הפליטות ולקבע כמה שיותר גזי חממה מהאטמוספרה בקרקע, באוקיינוסים ובצמחייה. סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) גיבשה מפת דרכים מעודכנת ושאפתנית, אך אפשרית, לאיפוס הפליטות הדרוש.

עד שנת 2050, בעוד פחות משלושים שנה, תצטרך האנושות להגדיל כמעט פי שלושה את קצב ייצור החשמל, שיחליף את שריפת הדלקים הנוכחית בתחבורה ובתעשייה, ויספק את צרכי האנרגיה של אוכלוסיית העולם הגדלה בהתמדה. עד אז נצטרך לייצר 90 אחוז מהחשמל ממקורות דלי פחמן, בעיקר אנרגיית השמש ורוח, וללכוד את הפליטות של מעט תחנות הכוח שעדיין ישרפו דלקי מחצבים. תחנות כוח אחרות יעברו לשרוף מימן או אמוניה שיופקו בעזרת אנרגיה ממקורות מתחדשים, או שייסגרו. רק 0.4 אחוז מהחשמל בעולם ייוצרו, על פי היעד הזה, משריפת גז טבעי ללא לכידת הפליטות.

העולם יצטרך גם להכפיל את ייצור החשמל מאנרגיה גרעינית, אשר היום מפיקה כעשרה אחוזים מהחשמל בעולם. אנרגיה גרעינית ואגירת חשמל בסוללות ובאמצעים אחרים יספקו יציבות הכרחית למערכות החשמל. שריפת דלקים אלטרנטיביים, כמו מימן המופק בתהליך ירוק, תחליף את שריפת דלקי המחצבים בתחומים שקשה להעביר לשימוש בחשמל, כמו בתעופה, בתחבורה הימית ובתעשיית הפלדה.

מפת הדרכים מוסיפה וקובעת כי כבר במהלך העשור הקרוב ייסגרו כל תחנות הכוח הפחמיות ויוחלפו במקורות אנרגיה מתחדשים, והתחבורה היבשתית תעבור מהנעה באמצעות שריפת דלקים להנעה חשמלית. בזמן הזה יתאפשר להמשיך לייצר חשמל מגז טבעי בהיקף דומה למה שנעשה כעת, אך יש לצמצם במקביל לפחות בחצי את פליטות המתאן בתעשיית הגז הטבעי, ולהפסיק כמעט לחלוטין את שריפת הגז בלפידי אסדות הקידוח. היעד הזה ידרוש אימוץ חוקים וטכנולוגיות שכבר קיימות, ניטור הפליטות ותיקון דליפות. עלות צמצום הפליטות היא זעומה לעומת רווחי תעשיית הגז.

צמצום פליטות המתאן מתעשיות הדלקים הוא כנראה אחד הצעדים המיידיים החשובים ביותר לעצירת התחממות האקלים. כמות המתאן שמתבזבזת מדי שנה עולה בהיקפה על כל כמות הגז הטבעי שהאיחוד האירופי ייבא מרוסיה ערב הפלישה לאוקראינה, ועומדת על כחמישה אחוזים מצריכת הגז העולמית. רוב הגז שמתבזבז נשרף בלפידים – באסדות קידוח פשוט שורפים עודפי גז משיקולי תועלת כלכלית או מאילוצים בטיחותיים, וזה מצטבר לכמויות עצומות. לפי סוכנות האנרגיה הבינלאומית, עצירת הפליטות הללו תפחית את קצב ההתחממות העולמית בעשירית המעלה כבר באמצע המאה – אפקט ששקול לעצירת פליטת גזי החממה מכל המכוניות, המשאיות והאוטובוסים בעולם.

זיהום האוויר אמנם פחות בהשוואה לשריפת פחם, למשל, אבל השימוש בגז טבעי תורם רבות להתחממות הגלובלית. אסדת קידוח גז בים | צילום: Oil and Gas Photographer, Shutterstock

יש על מי לסמוך? 

בישראל, לפי המשרד להגנת הסביבה, המצב טוב מהבחינה הזאת, וכמות פליטות המתאן משרשרת ההפקה והאספקה של הגז הטבעי בארץ היא מהנמוכות בעולם. הנתונים האלה מסתמכים בעיקר על דיווחי חברות הגז עצמן, ש"נבדקים ומאושרים על ידי המשרד להגנת הסביבה". לפי הנתונים, פחות מעשירית האחוז מהגז הטבעי שמופק בישראל דולפת לאוויר, בשעה ששיעור הדליפות הממוצע בעולם מגיע ליותר מאחוז מהגז המופק. 

נתונים אלו לא כוללים את פליטות המתאן מבארות ההפקה הימיות, הצנרת הימית, או מחיפוש הגז. הם גם לא מתחשבים בסיכון לפליטות עתידיות, בעת התיישנות אסדות הגז ובעת סיום חייהן המסחריים. כך למשל, אסדת הגז מרי B שלחופי ישראל קרסה לאחר הגברה מהירה בקצב שאיבת הגז, מה שגרם לשיחרור של כמות בלתי ידועה של גז מתאן אל האטמוספרה. 

השימוש באנרגיות ממקורות מתחדשים בישראל הוא בין הנמוכים בעולם המפותח, וחייבים להגביר אותו כדי להיגמל מגז. תחנת הכוח הסולרית אשלים בנגב | צילום: Vadim Petrakov, Shutterstock 

אחרי שנת 2030 יצטרך העולם להיגמל מהגז במהירות. תוך חמש שנים ייצור החשמל במדינות העשירות, כמו ישראל, יצטרך לאפס את פליטותיו, ולשאר העולם יוקצבו עשר שנים לאותה מטרה. לשם כך יש לחדול מיד מהקמת תחנות חדשות שפועלות על גז טבעי ולהפסיק לחפש ולפתח אתרי קידוח גז חדשים. מבחינת מדינת ישראל זה ידרוש שינוי דרמטי בגישה, שכן כיום המדינה רק מגבירה את ההסתמכות שלה על הפקת אנרגיה מגז: היא משקיעה בו מיליארדי שקלים, מפתחת תשתיות גז חדשות ומאשרת לחפש מאגרי גז חדשים ולפתח את אלה שכבר התגלו. פיתוח כזה אורך שנים ארוכות. לעומת זאת, השימוש באנרגיות מתחדשות בישראל הוא מהנמוכים בעולם המפותח. 

חשוב, אם כן, לנטר ולעצור את דליפות הגז הטבעי כדי שהוא יוכל לתמוך במעבר לאנרגיות מתחדשות ולחדול לגמרי משריפת הפחם. אולם זה רק שלב ביניים, וכבר בעתיד הקרוב מאוד נצטרך להיגמל גם מהתלות שלנו בגז ולהחליף אותו במקורות אנרגיה נקיים יותר. הצעדים האלה קריטיים לבלימת משבר האקלים שמאיים כיום על העולם כולו, וכמובן לשמירה על בריאותנו.