אנרגיה מתחדשת

אנרגיה מתחדשת (Renewable energy) היא אנרגיה שמקורה בתהליכי טבע מתמשכים שאינם מתכלים כתוצאה מרתימת האנרגיה האצורה בהם. מקורות אנרגיה מתחדשים נבדלים מממקורות אנרגייה כגון דלק מאובנים (נפט ופחם), ואנרגיה גרעינית, שהשימוש בהם כרוך בהקטנה משמעותית של מאגר האנרגיה הזמינה האצורה בהם.

מקורות של אנרגיה מתחדשת כוללים בראש ובראשונה את האנרגייה הסולארית, ואת מקורות האנרגיה שמקורם באצירה וגלגול של אנרגיה זו, כגון אנרגיית רוח, אנרגית גלים, הפקת אנרגייה מתהליכים ביולוגים כמו ביו דיזל ואנרגיה הידרואלקטרית. מקורות נוספים של אנרגיה מתחדשת כוללים אנרגיה גאותרמית שמקורה במאגר החום הפנימי של כדור הארץ; ואנרגיית גאות ושפל כתוצאה מכוחות המשיכה של הירח והשמש.

דלקים מתכלים הם גם בעלי השפעות סביבתיות קשות. נפט פחם וגז פולטים גזי חממה, פחם ונפט תורמים רבות לזיהום אוויר, הם גם תורמים לזיהום ים ולזיהום מים. אנרגיה גרעינית כרוכה בסכנה של זיהום רדיואקטיבי, ובצורך לטפל בפסולת הגרעינית ובכורים הגרעיניים הישנים במשך אלפי שנים. דלקים מתכלים הם גם בעלי השפעות סביבתיות קשות. נפט פחם וגז פולטים גזי חממה, פחם ונפט תורמים רבות לזיהום אוויר, הם גם תורמים לזיהום ים ולזיהום מים. אנרגיה גרעינית כרוכה בסכנה של זיהום רדיואקטיבי, ובצורך לטפל בפסולת הגרעינית ובכורים הגרעיניים הישנים במשך אלפי שנים.

שלושת העשורים האחרונים ישנו חיפוש מתמיד אחר מקור אנרגיה חלופי. אכן ישנם כיום לא מעט חומרי גלם ושיטות להפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים ושאינם מתכלים.

מדוע צריך אנרגיה מתחדשת?

הצורך במקורות אנרגיה חלופיים עלה מכמה סיבות.  החל משנות השבעים של המאה הקודמת הראו מחקרים כי כמות הנפט המצויה בבארות הקיימים הולכת ואוזלת ויתרה מכך, כמויות הנפט הזמינות ואלו שיחסית קל לשאוב אותן כבר מוצו כמעט לגמרי. מידי כמה שנים נמצאים מקורות- בארות נפט, חדשים ובכך אנו דוחים את הקץ. כמו מקורות הנפט כך גם מקורות הגז הם מקורות שסופם להיגמר- כן, כמות המשאבים מסוג זה היא מוגבלת. הסיבה לכך היא כזו – היווצרות בארות נפט נמשכת מיליוני שנים ואילו השאיבה של רוב מקורות הנפט הידועים לאדם נמשכה מאה שנים בלבד. המושג אנרגיה מתחדשת בעצם מציג סוגי משאבים שאינם מתכלים כאלו שיכולים לחדש עצמם (ראה דוגמאות בהמשך).

סיבה נוספת היא רמת הזיהום הגדולה אותה מייצרים תהליכי שריפה של חומרים כגון נפט ודלקים, גז וחומרים כימיים בשימוש האדם.

זיהום זה גורם למספר שינויים בעולם הראשון מבניהם הוא התחממות האטמוספירה (השכבה המקיפה את כדוה"א ( והאוקיינוסים.  הסברה העיקרית בקרב מדענים כיום היא כי במצב שבו תימשך ההתחממות יחלו הקרחונים בשני  קצוות הכדור להימס  ולהציף  את פני היבשה. תופעה נוספת הנגרמת כתוצאה מהזיהום היא מחלות שונות בקרב בני האדם –  מחלות נשימה, מחלות אלרגיות ומחלות ממאירות מסוגים שונים.

סוגי אנרגיות מתחדשות

אנרגיה גאותרמית (Geothermal Power) היא אנרגיה המופקת מהחום שאגור מתחת לקרקע של כדור הארץ ומשמשת בדרך כלל לשם חימום ולהפקת חשמל. נכון לשנת 2007, אנרגיה גאותרמית, שהיא במידה מסוימת סוג של אנרגיה מתחדשת, סיפקה כ-1% מהאנרגיה העולמית.

טורבינת רוח בשדה בלוקסמבורג

אנרגיית רוח היא אנרגיה הקינטית האצורה ברוח. ניתן להשתמש באנרגיה זו לצורות מועילות לאדם, כמו הפקת חשמל באמצעות טורבינות רוח, רתימת הרוח לתחבורה, כפי שנהוג באוניות מפרש, או לצרכים אחרים.

אנרגיית רוח היא אחת האנרגיות המתחדשות העיקריות, יחד עם אנרגיה סולארית.

אנרגיית השמש

אנרגית שמש נמצאת מסביבנו בשפע, בכמויות העולות בהרבה על התצרוכת האנושית, אולם קיים קושי טכנולוגי בהפקה שלה ובאגירה שלה בעיקר בהקשרים של שימוש בה להפקת חשמל או לתחבורה. חסרונותיה הבולטים של אנרגיה זו הם העלות הכלכלית שלה, העלות האנרגטית שלה, אי-סדירות הפקתה כתוצאה מעננות, מחזורי העונות והימים, זמינות שלה במקומות מעוטי שמש והקושי לאגור אותה.

שימושים בידי האדם כוללים: ייבוש בדים; חימום (לקבלת מים חמים, חימום מבנים, בישול ואפיה); יצירת חשמל (לוחות פוטווולטרים, מנועי חום), בין היתר למקומות נידחים כמו לוויינים, ציוד מרוחק או חוות מבודדות; תחבורה (מכונית סולארית, ספינה סולארית); התפלת של מי ים.

ייבוש ואידוי מים

במדינות רבות משתמשים עדיין בחבלי כביסה או במקלות כביסה ארוכים כדי לייבש את הכביסה בשמש. עם הזמן גם במדינות שטופות שמש כמו קליפורניה או ישראל נכנס השימוש במייבשי כביסה חשמליים. אידוי ים להפקת מלחים (כמו במפעלי ים המלח) מתבצע גם הוא באמצעות אנרגיית השמש.

חימום

דוד שמש

בארץ נעשה באנרגיה סולרית שימוש רב בהמצאה המקומית של דודי השמש לחימום מים (כ95% מבתי האב), שחוסכים כ3-4 אחוז מתצרוכת החשמל. (על פי החוק הישראלי כל בית חדש שנבנה חייב להיות מצויד בקולטי שמש). אבל לא נעשה בו שימוש מסחרי להפקת חשמל.

חימום מבנים

בעונות הקרות על ידי בניה נכונה שמאפשרת חדירת אור וחום למבנה בשעות היום.

חממה

גידול צמחים באקלים שהיה עשוי להיות קר מידי עבורם או האצת גדילה של שתילים.

כבשן סולארי

מרכז אור משטח גדול של מראות כדי להגיע לטמפרטרות גבוהות של עד כ-3,000 צלזיוס. ניתן להשתמש בו להפקת חשמל מטורבינת קיטור, או לשם התכת מתכות, או כל תהליך ייצור אחר שדורש טמפרטורה גבוה.

איוורור ומיזוג 

ארובה סולארית היא מתקן שמנצל את חום שנוצר באמצעות אנרגיית השמש כדי לגרום לזרימת אוויר ממוזג מתוך האדמה אל תוך מבנה.

מתקני קו-גנרציה וטרי-גנרציה הם מתקנים המשתמשים בחום השמש כדי ליצור במתקן אחד חימום, קירור וחשמל. במקום ליצור חשמל ולהתשמש בחשמל זה כדי להפעיל מזגנים, מתקנים אלא משתמשים בהפרשי טמפרטורה הנוצאים באמצעות חום השמש כדי לחמם או לקרר באופן ישיר.

בישול 

תנורי שמש

משתמשים באור השמש לאפיה, בישול, ייבוש ופיסטור. תנורי שמש מקטינים את ההוצאות על דלק ואת הביקוש לעץ כחומר גלם למדורות (השימוש של עץ כדלק גדול בהרבה מהשימוש בו לשם ייצור נייר). תנורי שמש גם מקטינים את כמות העשן ובכך משפרים את איכות האוויר המקומית. העיצובים הנפוצים ביותר הם תנורי קופסא, תנורים מרכזים ותנורי פאנלים.

הפקת חשמל 

תא פוטו-וולטאי

מתקן המאפשר המרה ישירה של אנרגיית האור מהשמש לחשמל על בסיס האפקט הפוטו אלקטרי. הניצולת של תא כזה היא נמוכה, (כ-15%) ומחירו יקר, בשל טכנולוגית הייצור המורכבת שלו. כיום מתמקדות מספר חברות במזעור התאים הסולאריים לגדלים זעירים ביותר (כ-100 ננומטרים), ולשיטות ייצור מתקדמות המאפשרות הדפסה של התאים על יריעות פלסטיק, דבר שיוזיל את עלות הפקת החשמל בדרך הזו.

אנרגיה תרמו סולארית

המרת קרינת השמש לחום לשם ייצור קיטור, אשר מניע טורבינות שייצרו חשמל. שיטה זו נחשבת למבטיחה ומחיר החשמל בשיטה זו עשוי להגיע למחירו בשיטות הקיימות היום. מספר חברות ישראליות עוסקות בפיתוח תחום זה – ביניהן "אנרטי גלובל", "אורמת", "לוז" וסולל"

מגדל תרמו סולארי, "סולאר 2" בקליפורניה, 2003, בעל תפוקה של 10 מגה-וואט

מגדל השמש שנבנה במכון ויצמן למדע פועל בשיטה דומה, זהו מגדל המיועד לאסוף קרינת שמש משטח גדול, וזאת בעזרת מספר רב של מראות המרכזות את אור השמש אל קולט שנמצא בראש מגדל. הקולט מחמם אוויר דחוס המניע טורבינה^[1].

המרה תרמו-חשמלית

המרת החום ישירות לאנרגיה חשמלית על ידי שימוש בצמד מתכות. הפרשי חום בין המתכות גורמים להווצרות זרם חשמלי היוצא מהן, ולהיפך, העברת חשמל במתכות עשויה לגרום להתקררות המתכת האחת בעוד השנייה מתחממת. יעילות מערכות אלו קטנה יחסית.

ארובות שרב ומגדלים סולאריים

עיקרו של הרעיון הוא ניצול חום השמש לשם הפקת אנרגית רוח מלאכותית בתוך מבנה סגור. הרעיון מבוסס על בניית ארובה גבוהה במקום חם, יבש, וקרוב לים, בצורת צינור אנכי, בגובה של כקילומטר וברוחב של כחמש מאות מטרים. מי ים נשאבים לראש המגדל ומרוססים על האוויר החם שמתקרר ונע מטה במהירות של עד כ-80 קמ"ש, ומניע טורבינות לייצור חשמל, כאשר הוא יוצא דרך פתחים מיוחדים שבבסיס המגדל. השיטה תאפשר גם התפלה של מים כתוצר לוואי של התהליך. חסרונות שיטה זו הן: מחירה, חוסר המודולריות שלה, ההעדר ניסיון בפועל עם מבנים בסדר גודל דומה^[2].

השיטה מבוססת על רעיון של מהנדס גרמני בשם שלייך ברגרמן, לבניית מגדל סולארי. מגדל זה דומה בעקרון פעולתו לארובות השרב, אלא שבו האוויר זורם בכיוון הפוך. יתרונו נעוץ בכך, שאין בו תלות במים ומחירו נמוך בהרבה ממחיר ארובות השרב הישראלי. ברגרמן בנה בעבר מגדל דומה בגובה 200 מטר, בתחנת כוח בספרד ב-1982. באוסטרליה חברת אינורומישין^[3] יוזמת הקמה של מגדל סולארי, בגובה של קילומטר. למגדל יהיה סמוך לקרקע בסיס זכוכית ברוחב של 7 קילומטרים. בסיס זה יקלוט את חום השמש, והאוויר שבו יחומם כתוצאה מכך ל-70 מעלות ויזרום ב-32 טורבינות לראש המגדל, שבו הטמפרטורה תעמוד רק על 20 מעלות. מגדל זה יוכל לספק תפוקת חשמל של 200,000 בתי אב. עלותו מוערכת ב-56 מיליוני דולרים.

אנרגיית ים (Ocean Energy) היא אנרגיה המופקת באמצעות רתימה של אנרגיה המצויות בים. ערים אנושיות רבות הנמצאות ליד הים, והכמויות העצומות של אנרגיה שמצויה בים, מעוררות תקוות שניתן יהיה להפיק אנרגיה מתחדשת משמעותית מהים.

הים מכיל כמויות עצומות של אנרגיה מתחדשת בצורה של אנרגיית רוח, אנרגיית גלי ים, אנרגיית גאות ושפל, וכן אנרגיה של מפלי טמפרטורה ימית. יש יוזמות רבות של הפקת אנרגיה מתחדשת בים, מתוכן בולטות כיום (2007) טורבינות רוח ימיות, שזוכות לפופלריות גואה במדינות כמו דנמרק ובריטינה. יש נסיונות רבים לרתימה מסחרית של אנרגיית גלי ים, בהצלחה מועטה יותר. סוג נוסף של אנרגיה מתחדשת ימית היא הפקת אנרגיה מאצות.

המקורות של האנרגיה הימית הן אנרגיית שמש, ואנרגיית גאות ושפל. אנרגיית שמש מחממת את פני השטח של האוקיינוס וגורמת לרוחות, לגלים וזרמים (שאופיים נקבע גם על ידי סיבוב כדור הארץ), להפרשי חום בין פני השטח של הים לבין מעמקיו, ולתהליך הפוטוסינתזה של אצות. אנרגיית גאות ושפל גורמת להזרמת כמויות עצומות של מים לאיזורי גאות, ולכן גם לזרמים , לגלים ולרוח.

ביו-דלקים

ביו דיזל הוא דלק למנוע בעירה פנימית במחזור דיזל, בעל תכונות דומות לסולר מינרלי (עשוי מנפט) ומופק משמן צמחי בד"כ. ביו דיזל הוא מקור אנרגיה מתחדש היות שהוא מופק מצמחים המנצלים את אנרגיית השמש.

ביו דיזל הינו מקור אנרגיה מתחדש. למעשה תהליך ההפקה של הביו דיזל מאפשר לאנרגיה הגלומה בצמחים, שמקורה בשמש, להיות זמינה למנועי בעירה פנימית. השימוש בביו דיזל ובדלקים מתחדשים אחרים במקום בדלקים מחצביים 'סוגר מעגל' של אנרגיה המוזן ע"י השמש: בתהליך שריפת הביו דיזל נצרך חמצן ונוצר פחמן דו-חמצני. הפחמן הדו חמצני מוטמע באמצעות צמחים בתהליך הפוטוסינתזה, תוך שימוש באנרגיית השמש ומשתחרר חמצן.

ראי גם שיא תפוקת הנפט.

יתרונות השימוש בביו דיזל:

• רעילות נמוכה – להבדיל מהסולר המינרלי, הביו דיזל אינו רעיל.
• זיהום נמוך – פליטה מופחתת של פחמן דו-חמצני, פחמן חד חמצני, וחומרים מסרטנים: פחמימנים טבעתיים וחלקיקי פיח.
• מקור אנרגיה מתחדש.
• תהליך הפקה פשוט.
• זמין לשימוש מיידי בטכנולוגיה קיימת.

שיטות לחיסכון באנרגיה

מודעות 

• במקום להיעזר ללא הפסקה באמצעי תאורה, יש להשתמש באור הטבעי עד כמה שניתן. משרדים רבים משאירים את האור דלוק במהלך כל היום, תוך הגפת התריסים.
• ביחידות דיור בעלי שני כיווני אוויר או יותר ניתן להשתמש באוורור הטבעי.
• קנו מכשירי חשמל בתקן Energy Star אשר מתוכננים מלכתחילה לצריכת חשמל מופחתת.
• הפעלת מזגנים בתנאים קיצוניים (טמפ' גבוהה מאוד או נמוכה מאוד) מביאה לצריכת חשמל מוגברת. מצב הפעולה המיטבי, עבורו מתוכננים המזגנים הוא 25° בקיץ ו-19° בחורף.
• לאיטום ולבידוד חדר ממוזג תפקיד חשוב בחסכון באנרגיה.
• אם הנכם עורכים שיפוצים ושוקלים לאחד שני חדרים, קחו בחשבון שהאנרגיה שתידרש להסקתו או למיזוגו תהיה הרבה יותר גדולה, וכך גם ההפסדים עקב בידוד.
• מצב המתנה (stand-by) צורך, במצטבר, אנרגיה רבה ולכן יש לכבות מחשבים, או לפחות מסכים בסיום יום עבודה. זכרו: שומר מסך אינו שומר אנרגיה!^[2].
• בניגוד לפלואורוסנט, נורות LED אינן מכילות כספית ולכן ידידותיות יותר לסביבה. כמו כן הן מפיקות אור רב יותר בהספק נמוך יותר. הביטו כאן לשם התרשמות.
• צריכת יותר מזון מן הצומח ופחות מזון מן החי תיטיב עם בריאותכם ותגרום להפחתה באנרגיה המושקעת באחזקת משק בהמות וכדומה.
• חיסכון במים הוא חיסכון באנגיה. בקליפורניה – 19% (!!!) מהאנרגיה מושקעת במים. כתבה מ TerraPass בנושא.
• פרסמו ב Facebook כמה שאתם סביבתיים, באמצעות האפליקציה "I'm green".

הקניית הרגלים 

• לכבות אורות ומזגנים ביציאה.
• לסגור חלונות ודלתות של חדרים ממוזגים.
• להשתמש בנורות בהספק נמוך כאשר אין צורך בתאורה חזקה.
• נקו מדי פעם את המסנן במזגן שלכם.
• לא להשאיר שנאים בתקע, גם אם לא מחובר אליהם דבר. למשל מטען של טלפון סלולרי צורך אנרגיה גם כאשר הוא מחובר לשקע ואינו מטעין את הטלפון.
• לא להפעיל מיזוג באולם גדול כאשר יש מעט נוכחים. ניתן להסתפק באיורור.
• מדי פעם, לטובת הבריאות, עדיף לעלות (או לרדת) במדרגות מאשר להשתמש במעלית.

 שיטות 

• השתמשו בנורות חסכוניות כגון נאון (פלואורוסנט) במקום בנורות להט והלוגן. פלואורוסנט יותר יקר מנורת להט, אך מהווה חסכון של כ-80% על פני נורת להט, ובעל אורך חיים גדול יותר. כתוצאה מכך נורות פלורסנט מחזירות את ההשקעה בתוך אורך החיים שלהם, ולכן אף חוסכות כסף. לרשותכם מחשבון לחישוב החיסכון ע"י מעבר מנורות ליבון לנורות קומפקט פלורסנט. מומלץ לרכוש נורות עם אחריות, כגון של philips שנמכרות עם אחריות לשנתיים או שנה.
• להציב קוצבים אשר יכבו ויפעילו את המכשיר לסרוגין.
• להציב גלאי תנועה וגלאי נפח על מנת לחסוך בזמן הפעולה של התאורה והמיזוג.
• כאשר מתוכננת הרצאה לבוקר, לקרר את האולם בשעות הלילה כאשר החשמל זול יותר וצריכת המשאבים של חברת החשמל לשם הפקתו נמוכה יותר.
• להשתמש במזגן ולא במחממים כגון משאבת חום או חוטי להט, אשר יעילותם נמוכה הרבה יותר.
• רכישת מקררים ומזגנים בעלי מקדם ביצוע (COP) גבוה יותר.
• כאשר נדרש קירור בחורף (במעבדות למשל), לשאוב אוויר במחוץ באמצעות מאווררים במקום להשתמש במיזוג.
• להציב מערכת בקרה במיזוג אשר תופעל לקירור אם למשל הטמפרטורה גבוהה מ-25 מעלות, ולחימום אם היא ירדה מתחת ל-19 מעלות.
• להשתמש בתאים פוטו-וולטאים (תאי שמש).
• הקמת ארובת שרב.