לא רק עגבניות שרי, דיסק און קי ו-waze: יש עוד המצאה ישראלית ששינתה את העולם ואתם אפילו לא מכירים אותה. אם תחשבו על שני מושגים: "ישראל" ו"אנרגייה מתחדשת", בוודאי תחשבו על אנרגייה סולארית, דודי שמש, ואולי אנרגיית גלים. אבל כנראה בין הדברים האחרונים שיעלו על דעתכם הוא ניצול של חום בטמפרטורות נמוכות יחסית, ובמיוחד אנרגיית חום תת-קרקעי, ליצירת חשמל. איך? מה? ומה הקשר לישראל? תמשיכו לקרוא.

אורמת היא חברת אנרגייה מתחדשת. באופן מפתיע, תחום העיסוק שלה הוא בעיקר אנרגייה גאותרמית, סוג אנרגייה מתחדשת שכנראה רובכם לא שמעתם עליו, ומי שכן, לא מבין מה הקשר לישראל. אז למי שלא מכיר, אנרגייה גאותרמית היא ניצול של החום הפנימי של כדור הארץ. הטמפרטורה בליבת כדור הארץ מוערכת ב-6000 מעלות [1], והחום הזה מפעפע החוצה, לכיוון פני הקרקע בכל מיני מקומות במעין כיסי חום (ראו פוסט אנרגייה גאותרמית [2]). מכיסי החום האלו אפשר לחמם בתים ותהליכים תעשייתיים או להפיק חשמל בצורה זולה יחסית, בהספק קבוע ולאורך שנים ארוכות. ולראיה, באיסלנד, באל סלבדור ובפיליפינים מייצרים לפחות רבע מהחשמל בכל מדינה מאנרגייה גאותרמית [3]. לעומת זאת, כיום בישראל לא מנצלים אנרגייה גאותרמית כיוון שעוד לא נמצאו כיסי חום תת קרקעיים טובים דיו למטרה זו. אז מה הקשר בין חברה ישראלית ששווה מיליארדים ובין אנרגייה גאותרמית שבכלל לא קיימת בישראל? פה מגיעה ההברקה של מייסדי חברת אורמת, פרופ' הארי צבי טבור, ויהודה ויהודית ברודיצקי.

תחילה נענה על השאלה הפשוטה יותר: איך מייצרים חשמל מחום? הדרך הפשוטה ביותר לייצר חשמל מחום, שמשתמשים בה יותר מ-150 שנה, נקראת "מחזור רנקין", תזכרו את השם (ראו פוסט תחנות כוח [4]). בתהליך זה מחממים מים לטמפרטורה גבוהה מאוד, יותר מ-500 מעלות, מתקבל קיטור ואותו מעבירים דרך טורבינה (או כמה טורבינות). הקיטור מתפשט, גדל בנפח והטמפרטורה שלו יורדת, וכך הוא מוסר את האנרגייה האצורה בו לטורבינה, והיא, בתורה, מסתובבת ומייצרת חשמל. מדובר בדרך הכי פשוטה לייצור חשמל להמונים: ככה מייצרים חשמל בכל תחנות הפחם (למשל בתחנת הכוח אורות רבין, ליד חדרה). בעיה חמורה בתהליך היא שהטמפרטורה הנמוכה שהקיטור יכול להגיע אליה בתוך הטורבינה מוגבלת, והיא כמה מעלות מעל נקודת העיבוי של המים באותו הלחץ (בלחץ אטמוספרי רגיל, מדובר על יותר מ-100 מעלות). הטמפרטורה מוגבלת כי כשהקיטור מתקרר בטורבינה עד לטמפרטורת העיבוי שלו, נוצרות טיפות מים שהורסות את להבי הטורבינה ועלולות לגרום להשבתת המערכת. 

לפיכך אם אפשר לחמם את המים לטמפרטורות גבוהות מאוד, אז אפשר להגיד שהכול בסדר. אבל מה קורה אם נרצה להשתמש בחום נמוך כמו חום עודף של תהליך תעשייתי, או בחום משריפה של גז בטורבינת גז או לנצל אנרגייה גאותרמית בטמפרטורה של 150 מעלות או חום נמוך ממקור אחר? (אין הגדרה מדויקת לחום נמוך, אבל זה בין 70 ל-300 מעלות צלזיוס). אחת הדרכים לעשות זאת, וכנראה המוצלחת ביותר כיום, נקראת "מחזור רנקין אורגני", והיא אחת ההמצאות הישראליות החשובות מתקופת קום המדינה.

במחזור רנקין רגיל מחממים מים כאמור, ואילו במחזור רנקין אורגני, ORC, מחממים חומרים אורגניים שונים (מפתיע), בעלי תכונות תרמודינמיות אחרות ממים [5], כמו פחמימנים [6] או פלואורוקרבונים [7]. המסה המולרית של חומרים אלו גבוהה ממסה מולרית של מים, וטמפרטורת העיבוי שלהם נמוכה מטמפרטורת העיבוי של מים. בשל טמפרטורות הרתיחה הנמוכות, חומרים אלו יכולים לעבור דרך טורבינה עד טמפרטורות נמוכות בהרבה ממים (הרבה מתחת ל-100 מעלות) בלי להרוס אותה. כך אפשר לנצל מקורות חום שלא היה אפשר לנצל עד היום, ולייצר חשמל "ירוק", מתחדש, ביעילות יחסית (עדיין מוגבלים בנצילות קרנו, ראו פוסט בנושא [8]). בשנות השמונים זיהתה חברת אורמת את הפוטנציאל הגלום בשימוש ב-ORC לניצול חום גאותרמי בטמפרטורות נמוכות והשאר היסטוריה. 

כך בזכות המצאה ישראלית אחת, מלפני 70 שנה, התווספה יכולת, שלא הייתה קיימת, לניצול חום עודף, או גאותרמי בטמפרטורות נמוכות ביעילות. בזכות התרומה הסביבתית שלה והכדאיות הכלכלית, קמו מגוון חברות בתחום, ונכון להיום, הן הקימו מתקנים המפיקים הספק חשמלי של יותר מ-3 גיגה-וואט מותקן [9], בכל מיני מקומות בעולם (בערך חצי מההספק החשמלי הממוצע בישראל).  

לשם הבהרה, פוסט זה לא נעשה בשיתוף אורמת, והחברה לא מימנה אותו או עודדה אותו בשום צורה. המטרה היא הנגשת המדע על מחזור רנקין אורגני ושימושו לייצור אנרגייה מתחדשת או ירוקה.

עריכה לשונית: רעות קמחי-גבריאלי

למקורות ולקריאה נוספת:

[1] טמפרטורת פנים כדור הארץ

[2] פוסט אנרגייה גאותרמית

[3] אנרגייה גאותרמית - ויקיפדיה

[4] פוסט על מחזור רנקין ותרמודינמיקה

[5] הרחבה על מחזור רנקין בויקיפדיה

[6] פחמימן - ויקיפדיה

[7] Fluorocarbon

[8] פוסט על מחזור קרנו ותרמודינמיקה

[9] מפת שימוש עולמית ב-ORC, נכון ל-2017