יעיל וכבר לא יקר - מימן ירוק

תקווה ראשונית לייצור המוני של מימן ירוק, שיפחית דרמטית את פליטות ה-CO2 של האנושות: חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה חדשה לייצור מימן "ירוק", כלומר מימן שיוצר ללא זיהום אוויר, ביעילות גבוהה באמצעות זרז ביולוגי. המימן הוא חומר גלם הכרחי הן בחקלאות והן בתעשייה, אך 95% מהמימן שמיוצר היום בעולם הוא מימן "שחור" או "אפור" שמיוצר מפחם או גז טבעי ופולט 9-12 טונות פחמן דו-חמצני על כל טונה מימן. לדברי החוקרים, נכון להיום הפקה של מימן 'ירוק' נעשית בעיקר באמצעות תהליך שמצריך שימוש במתכות יקרות ונדירות ובזיקוק של המים, דבר שמייקר את המימן ה'ירוק' עד פי 15 מה'אפור' המזהם. החוקרים מביעים תקווה כי בעתיד אפשר יהיה לנצל את השיטה החדשה שפיתחו באופן מסחרי, להוזיל את העלויות ולעבור להשתמש במימן 'ירוק' הן בתעשייה, הן בחקלאות והן כמקור אנרגיה נקי.

את השיטה החדשה פיתחו הדוקטורנט יצחק גרינברג וד"ר אורן בן-צבי, בהנחיית פרופ' יפתח יעקובי מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ופרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מבית הספר לרפואת שיניים בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, ומהמרכז לננו-מדע ולננו-טכנולוגיה. תוצאות המחקר המבטיח פורסמו בכתב העת החשוב Carbon Energy.

תהליך ייצור שיעיל יותר ב-90%

"המימן נדיר מאוד באטמוספרה", מסביר יצחק גרינברג, "והוא מופק על ידי אנזימים שקיימים ביצורים מיקרוסקופיים, שמקבלים את האנרגיה לכך מתהליכי פוטוסינתזה. במעבדה אנחנו מחשמלים למעשה את אותם אנזימים, כלומר אלקטרודה מחליפה את השמש ומספקת את האנרגיה. התוצאה היא תהליך יעיל, ללא דרישה לתנאים קיצוניים. עם זאת, האנזים 'בורח' מהמטען החשמלי וצריך להחזיק אותו במקום באמצעות טיפול כימי. אנחנו מצאנו דרך קלה ויעילה להצמיד את האנזים לאלקטרודה ולנצל אותו".

במחקרם החדש, החוקרים השתמשו בהידרוג'ל (ג'ל מבוסס מים) כדי לחבר את האלקטרודה לאנזים, וכך הצליחו לייצר מימן ירוק באמצעות זרז ביולוגי, וביעילות של מעל 90%, כלומר שמעל ל-90% מהאלקטרונים שהוכנסו למערכת נשארו במימן ללא תהליכי משנה.

"החומר של הג'ל עצמו מוכר, אבל השימוש בו להפקת מימן הוא חידוש שלנו", מסביר פרופ' יפתח יעקובי. "הספגנו את האלקטרודה בג'ל הזה, שהכיל אנזים לייצור מימן בשם הידרוגנאז. הג'ל מחזיק את האנזים לאורך זמן גם תחת המתח החשמלי ומאפשר לייצר מימן ביעילות גבוהה ובתנאים סביבתיים שנוחים לאנזים, כלומר גם במי מלח, בניגוד לאלקטרוליזה שמצריכה מים מזוקקים. פרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ  מוסיפה: "יתרון נוסף הוא שהג'ל מרכיב את עצמו: מכניסים את החומר לתוך מים והוא עובר הרכבה עצמית, כלומר מסתדר לסיבים ננו-מטריים שיוצרים את הג'ל. אנחנו הראינו שהסיבים הללו מסוגלים להדביק את האנזים לאלקטרודה. את הג'ל בדקנו על שני אנזימים נוספים, מלבד הידרוגנאז, והוכחנו שהוא מסוגל להדביק אנזימים שונים לאלקטרודה".

"כיום הפקה של מימן 'ירוק' נעשית בעיקר באמצעות אלקטרוליזה, שמצריכה מתכות יקרות ונדירות כמו פלטינה בנוסף לזיקוק של המים, דבר שמייקר את המימן ה'ירוק' עד פי 15 מה'אפור' המזהם. אנחנו מקווים שבעתיד אפשר יהיה לנצל את השיטה שלנו באופן מסחרי, להוזיל את העלויות ולעבור להשתמש במימן 'ירוק' – הן בתעשייה, הן בחקלאות והן כמקור אנרגיה נקי, מסכם ד"ר אורן בן-צבי.