חמצן לטובה
מעבר לחמצן: חוקרי הטכניון משלבים ייצור מימן עם סינתזה של כימיקלים בעלי ערך מוסף
כתב העת היוקרתי Nature Communications מציג קפיצת מדרגה טכניונית בתחום ייצור המימן – תהליך ירוק וחסכוני המפיק מימן ולצדו חומרים חיוניים לתעשייה. את המחקר הובילו פרופ’ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים וראש חזית הקיימות בטכניון, והפוסט דוקטורנט ד”ר גווילין רואן. על הטכנולוגיה החלוצית הוגשה בקשת פטנט בארצות הברית.
מימן ירוק נחשב לאחד ממקורות האנרגיה החשובים של העתיד. הוא מיוצר מפיצול מים באמצעות חשמל ממקורות מתחדשים וצפוי למלא תפקיד חשוב בצמצום פליטות גזי חממה בתעשיות שקשה “לחשמל” באופן ישיר, ובהן ייצור פלדה ודשנים, זיקוק מוצרי נפט ותחליפי דלק לתחבורה. מימן ירוק עשוי גם לתמוך באגירה ארוכת־טווח של אנרגיית שמש ורוח. עם זאת, יישומו התעשייתי עדיין מוגבל בשל עלותו הגבוהה יחסית למימן המיוצר מגז טבעי או מפחם – תהליכים האחראים לכ־2% מפליטות הפחמן הדו־חמצני בעולם.
“ניגשנו לאתגר הזה באמצעות בחינה מחודשת של פיצול מים,” מסביר פרופ’ רוטשילד, “במטרה להחליף את החמצן הנוצר בתגובה במקביל לייצור המימן בכימיקל אחר בעל ערך מוסף – אפוקסיד. חומר זה הוא אבן בניין חיונית בייצור פולימרים, ציפויים, דבקים, תרופות ומוצרים רבים נוספים. בניסויים שהצגנו במאמר אנחנו מדגימים נצילות של 98% הן ביצירת המימן והן בתגובה המקבילה, המייצרת את האפוקסיד. במילים אחרות, כמעט כל המטען החשמלי הניע את התהליכים האלקטרוכימיים הרצויים ורק 2% ממנו הלך לאיבוד בתהליכים אחרים. בנוסף, צפיפות הזרם שהשגנו מתאימה לאלקטרוליזה תעשייתית בקנה מידה נרחב.”
התהליך החדש נשען על משפחת טכנולוגיות קודמות שפותחו בטכניון בידי פרופ’ רוטשילד ושותפיו, שהמכנה המשותף שלהן הוא הפרדה בין התגובה האלקטרוכימית המייצרת מימן לזו המייצרת חמצן. הפרדה זו היא הבסיס לאלקטרוליזה ללא ממברנה, טכנולוגיה המהווה קפיצת דרך בתהליכי הפקת מימן. אחת הנגזרות המוקדמות של משפחה זו מיושמת בהצלחה בחברת H2Pro, והנגזרת החדשה נולדה ממחקר פורץ דרך הנתמך על ידי מועצת המחקר האירופית ERC היוקרתית. לדברי ד”ר רואן, אחד החוקרים המובילים בקבוצת המחקר שהגה ופיתח את התהליך החדשני, “ההישג שלנו אינו מסתכם באלקטרודה חדשה אחת או בתגובה כימית מבודדת. מדובר בשינוי קונספטואלי שבו כל המרכיבים השונים בסביבת העבודה – האלקטרודות, החומר המתווך, סביבת הממס ותצורת העבודה – פועלים יחד. באמצעות אופטימיזציה של המערכת השלמה הצלחנו לייצר מימן ואפוקסיד ביעילות ללא ממברנה המפרידה בין האלקטרודות.”
פרופ’ אבנר רוטשילד הוא ראש חזית הקיימות בטכניון וחבר סגל בפקולטה למדע והנדסה של חומרים, חבר במרכז הקיימות לקטליזה ע”ש סטיוארט ולינדה רזניק ובתוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד. המימון למחקר ניתן על ידי הנציבות האירופית למחקר (ERC) במסגרת פרויקט H2Bro ובעקבות זכייתו של פרופ’ רוטשילד, בשנת 2023, במענק היוקרתי ERC Advanced. העבודה קשורה למוקד המחקר הבין-אוניברסיטאי Waste to Value הממומן על ידי ות”ת. החוקרים מודים למכון הלאומי לאגירת אנרגיה (INIES).
למאמר בכתב העת Nature Communications לחצו כאן
