צוות חוקרים הצליח לייצר סוללה שמשתמשת בגז החממה המזהם להפקת אנרגיה. אך הדרך לשימוש מסחרי עוד ארוכה

בשנה האחרונה פרסם ארגון הבריאות העולמי דו"ח מדאיג שחשף כי האוויר שאנו נושמים מזוהם יותר מתמיד, בעיקר בפחמן דו-חמצני. העלייה המתמדת בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה מאתגרת מדענים ויזמים למצוא פתרונות להפחתת הכמות שלו באוויר. אחד הצעדים הוא כמובן להפחית את פליטת הגז בתעשייה ובכבישים, אך יש מי שלא מסתפקים בזה ומנסים לנצל את הפחמן הדו-חמצני לייצור דלק וחשמל.

קבוצת המחקר של כריסטופר גורסקי (Gorski) מהאוניברסיטה של פנסילבניה דיווחה לאחרונה על פיתוח סוללה ייחודית שמייצרת חשמל בעזרת פחמן דו-חמצני בלי להפוך אותו לדלק. השיטה שלהם שונה מהותית מרוב השיטות הקיימות, שדורשות טמפרטורות גבוהות או שימוש בזרזים יקרים, ולכן לא ברור עד כמה הן כדאיות כלכלית.

כך נבנה סוללה

כמו כל סוללה, גם זו של גורסקי ועמיתיו היא תא אלקטרוכימי שפועל כך: ראשית יוצרים הפרש בריכוז היונים הטעונים משני צדיה של קרום חדיר למחצה, כלומר חד כיווני. בנוסף, בכל צד של הקרום נמצאת אלקטרודה. כשמחברים את שתי האלקטרודות בחוט מוליך, יונים שליליים עוברים דרך הקרום בכיוון אחד, ואלקטרונים עוברים דרך האלקטרודות בכיוון השני, וכך נוצר זרם חשמלי.

אולם בעוד רוב הסוללות מתבססות על יוני מתכת, הכוח שמניע את הסוללה של גורסקי הוא הפרשים בריכוזי הפחמן הדו-חמצני בשני צדי התא. כדי ליצור את הפרש המתחים הזה המיסו החוקרים פחמן דו-חמצני ואוויר רגיל במכלים נפרדים בתוך מים. כשהפחמן הדו-חמצני התמוסס במים הוא יצר יוני מימן פחמתי שליליים (-HCO3), כך שנוצר הפרש בריכוז היונים השליליים בין שני המכלים.

כעת חיברו בצינורות את המכלים לצדדים שונים של תא אלקטרוכימי וכך ניצלו את ההפרש בריכוז הפחמן הדו-חמצני ליצירת חשמל. בנוסף, כשזרימת היונים מצד לצד הסתיימה, החוקרים החליפו בין המכלים ויצרו זרימה בכיוון הנגדי. כך הצליחו לטעון מחדש את הסוללה חמישים פעמים בלי שנצפתה ירידה בהפקת החשמל בכל מחזור.

תא אלקטרוכימי יעיל מכל קודמיו, אך עדיין מייצר פחות חשמל מסוללה רגילה | מקור: Kim et al. 2017 American Chemical Society
תא אלקטרוכימי יעיל מכל קודמיו, אך עדיין מייצר פחות חשמל מסוללה רגילה | מקור: Kim et al. 2017 American Chemical Society

זו כמובן אינה הפעם הראשונה שהצליחו ליצור תא אלקרוכימי המבוסס על פחמן דו-חמצני. גם בעבר הצליחו חוקרים לייצר סוללות מפחמן דו-חמצני, אך הן דרשו שימוש בחומרים נוספים, כמו חנקן או מימן, דבר שפגע באפשרות לייצר אותן בקנה מידה נרחב. במחקר אחר הצליח ליצור סוללה המבוססת על פחמן דו-חמצני בלבד, אך היא הייתה חלשה מדי. הפיתוח של גורסקי ועמיתיו מאפשר תפוקת חשמל גבוהה פי מאתיים כמעט, באמצעות חומרים פשוטים וזולים, בסוללה שתפעל בטמפרטורת החדר.

לדברי גורסקי, לסוללות שלו יש סיכוי להשתלב בתחנות כוח קיימות. "אפשר להתקין מערכת שמכילה כמות עצומה של תאי זרימה דומים בתחנות כוח ששורפות דלקי מחצבים. הגז שנפלט משריפת דלק יצטרך לעבור קירור, ואז לפעפע לתוך מכל מים שיכול להזרים את תמיסת הפחמן הדו-חמצני לתא האלקטרוכימי", הוא אומר.

למרות האופטימיות של גורסקי, נכון לעכשיו הסוללות שצווו פיתח אינן מתאימות לשימוש תעשייתי. המחקר התבסס על שימוש בפחמן דו-חמצני נקי, בשעה שגזי הפליטה משריפת דלקים מכילים חומרים רבים נוספים שעלולים לפגוע ביעילות התהליך. בנוסף, ממטר מרובע אחד של סוללת פחמן דו-חמצני אפשר להפיק כרגע רק 0.082 ואט – נתון מרשים יחסית לסוללות פחמן דו-חמצני קודמות, אך לא הרבה אפילו בהשוואה לסוללת AA פשוטה.

החוקרים מודעים למגבלות הפיתוח שלהם, אך מקווים שמחקרים נוספים יאפשרו להם לשפר את הסוללה, כך שבעתיד תוכל להיכנס לשימוש מסחרי, וכך לתרום לפחות מעט להפחתת כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה.