אגירת אנרגיה ורכבים חשמליים

כיום בעידן האנרגיה המתחדשת, לנושא אגירת האנרגיה יש חשיבות אדירה. דרישות האנרגיה הולכות וגדלות, עבור כל אדם, משק בית או עסק וגם בהקשר רכבים. בכדי לתת מענה לדרישות אלה, משתמשים בגישות שונות לאגירת האנרגיה. אם זה בתוך המכשיר עצמו (כמו ברכב חשמלי באמצעות סוללה) או בקרבתו (כמו בלוני גז לבישול) או בדרך אחרת. חשמל הוא כמובן סוג האנרגיה המרכזי, תודות ליתרונותיו הרבים. מה זמין ומה חדש, באגירת אנרגיה לרכבים חשמליים?

סוללות – הפתרון המוביל לאגירת אנרגיה

סוללות הן גישת אגירת האנרגיה הנפוצה ביותר ברכבים חשמליים כיום. הסוללות דורשות השקעה מתמשכת בהטענה, אם כי עמדות טעינה ביתיות נותנות לכך מענה נוח מאוד. בעתיד, הדברים עשויים להראות שונה למדי: מדענים בדרום קוריאה עובדים על פיתוח סוללה גרעינית (!) קטנה, מבוססת radiocarbon (carbon-14). תאורטית, סוללה כזו תוכל להחזיק מעמד אלפי שנים(!) ללא טעינה! שמנו מספיק סימני קריאה?.. כי במקרה הזה הם במקום! עלות הייצור שלה אמורה להיות נמוכה וגם אין ממנה סיכון משמעותי של קרינה. 

אך זה העתיד הרחוק. מה בינתיים? הסוללות הנוכחיות ברכבים חשמליים כוללות נוזל (אלקטרוליט) ויש בכך חסרונות מסוימים. “סוללות מצב מוצק" עשויות לספק תחליף משופר בעתיד הלא רחוק. בסוללות אלה, השימוש רק בחומרים מוצקים מוביל לשורת יתרונות משמעותיים – דחיסות אנרגיה משופרת, אפשרות לטעינה מהירה פי כמה, צמצום סיכוני התלקחות ועוד. השימוש המסחרי ב-solid-state battery עדיין מתעכב, בגלל הצורך לפתור מגבלות טכניות שונות ועלויות הייצור הגבוהות.  

סוג רכיב מעניין שכבר נמצא בשימוש רחב ומציג מעין אלטרנטיבה לסוללות, הם הסופר-קבלים. Supercapacitors מסוגלים להיטען באופן מהיר מאוד ואורך חייהם ארוך. אך מאחר שהם בעלי צפיפות אנרגיה נמוכה, משתמשים בהם בעיקר כתוספת לסוללות ולא כתחליף ממש. למשל כחלק ממנגנון איסוף החשמל מבלימה רגנרטיבית או כגיבוי לסוללה הראשית עבור מטרות קריטיות (כגון מנגנון נעילת הדלתות).  

הפתרון החכם של אגירה תרמית ומשאבות חום

עד כאן דיברנו על חשמל כמקור אנרגיה. אך לעתים ניתן להשתמש גם באנרגיית חום. או בפני עצמה או כמאגר חום שאפשר להמיר בשעת הצורך לחשמל. ראשית – דוגמה קיימת מהשטח: רכב מבוסס מנוע בעירה פנימית (רכב רגיל / בנזין) מייצר חום רב כתוצר לוואי של פעולתו. חום זה מנוצל פעמים רבות כעזר לחימום תא הנוסעים. בשונה מרכב רגיל, רכב חשמלי לא גורם לביזבוז אנרגיה משמעותי בצורת חום וזה טוב. אך מסיבה זו, גם לא ניתן להשתמש בחום המנוע החשמלי עבור חימום תא הנוסעים. לכן נדרש יותר חשמל עבור חימום תא הנוסעים וזה כבר ביזבוז ביחס לרכב רגיל. אך כאן נכנס לתמונה "טריק" חכם שנקרא Heat pumps. משאבות חום הן מנגנונים שמעבירים חום מהסביבה החיצונית לתוך הרכב. אולי עולה בדעתכם כעת השאלה – איך המשאבה מעבירה חום לתא הנוסעים בחורף, אם בחוץ קר? אז התשובה הקצרה היא, שבאוויר החיצוני לרכב יש מספיק אנרגיית חום, בכדי לאסוף אותה בהדרגה ולחמם את תא הנוסעים. 

מה לגבי אגירת אנרגיה בצורת חום בתוך הרכב? ישנו שימוש ידוע ויעיל למדי במאגרי חול (או חומרים נוספים), כאמצעי אחסון אנרגיה. הרעיון הוא לחמם את החול לטמפרטורות גבוהות במיוחד ואז לשמור אותו במצב זה. החום האגור יכול לחמם מבנים כגון בריכת שחייה או להפוך לאנרגיה חשמלית. ברכבים הרעיון הזה פחות מעשי, בין השאר בגלל מגבלות המקום ומשקלו של החול. 

ובמבט לעתיד, ישנו כיום פיתוח מעניין שנקרא Phase Change Materials. חומרים אלה מסוגלים לאגור או לשחרר אנרגיית חום, באופן שעשוי לאפשר בין השאר ייצוב טמפרטורה לסוללות רכב חשמלי. התהליך הוא כזה: כשהסוללה מתחממת (בזמן טעינה או נסיעה), ה-PCM משנה מצב צבירה ממוצק לנוזל וסופג אנרגיה תרמית. כשהטמפרטורה יורדת, החומר חוזר למצב מוצק ומשחרר את החום שהוא אגר בחזרה לסביבה.

אגירת אנרגיה עבור רכבי גז ומימן  

יש רכבים מודרניים, שבהם אחסון האנרגיה מתבצע בצורת גז. זהו בדרך כלל גז פחמימני מעובה (גפ"מ) או גז טבעי. מימן הוא כיוון פיתוח חדשני וחשוב במיוחד בהקשר זה והוא עשוי להיות מנוצל בשני אופנים. מחד, ישנו רכב מבוסס שימוש במימן במנוע בעירה פנימית, במקום בנזין או דיזל. מאידך, ישנו שימוש במימן בתוך "תאי דלק", באופן שיוצר חשמל ומזין מנוע חשמלי. הגז נשמר ברכב במצב דחוס, בתוך מיכלים מיוחדים, שהם חזקים מאוד ותואמים לתקני בטיחות שונים. רכבים כאלה וגם תשתיות התדלוק עבורם, הם עדיין בהיקף נמוך יחסית. 

גלגל תנופה – רעיון עתיק עם שימושים מודרניים

אחד מאמצעי אגירת האנרגיה העתיקים, הפשוטים והיעילים, הוא "גלגל התנופה" או Flywheel. הרעיון הבסיסי הוא גלגל כבד אשר מסובבים למהירות גבוהה והוא שומר על תנועתו גם כשמפסיקים להפעיל את מנגנון הסיבוב. חישבו למשל על כלי העבודה הידוע של קדרים (“אובניים”), אשר מבוסס על גלגל אופקי מסתובב שעליו שמים גוש חימר. תנועת גלגל התנופה יכולה בשעת הצורך להיות מומרת להפקת אנרגיה מסוג אחר, כגון אנרגיה חשמלית. אולי תופתעו לגלות, שמנוע בעירה פנימית כולל מנגנון כזה! מעניין אפילו יותר, שיש רכבים שבהם גלגל התנופה הוא מקור התנועה הראשי. למעשה, אוטובוסים מבוססי פלייוויל (Gyrobus) פעלו מסחרית כבר בשנת 1953! אוטובוס כזה הוא רכב חשמלי, מאחר שהוא לא משתמש בתנועת הגלגל באופן ישיר, אלא כמקור אנרגיה להנעת מנוע חשמלי. 

האתגרים שבדרך 

החיפוש אחר פתרונות משופרים של אגירת אנרגיה מקדם אותנו בהתמדה. מצד שני, עצם השינוי המתמיד הוא בעל חסרונות. אנשים מתלבטים ובצדק מבחינתם, האם כדאי לרכוש כעת מוצר מסוים (כרכב חשמלי) או לחכות שהוא ישתפר, כולל טכנולוגיות אגירת האנרגיה שזמינות עבורו. מי שרכש מוצר חדשני ויקר, עשוי לגלות שהוא מתיישן במהירות מבחינה טכנולוגית וגם סובל מירידת ערך מהירה. 

רגע – למה בכלל לאגור אנרגיה? 

כאשר חושבים על נושא אגירת האנרגיה לרכבים, מבינים שהיא לא בהכרח דרושה! ואכן, כבר יש לפחות שתי גישות שונות ומשלימות לכך. האחת, היא הפקת אנרגיה תוך כדי הנסיעה. עושים זאת באמצעות בלימה רגנרטיבית או פאנלים סולאריים שהם חלק מהרכב (יש בפיתוח). גישה שנייה היא קבלת אנרגיה ממקור חיצוני, תוך כדי הנסיעה. למשל באמצעות טעינה אלחוטית או אספקת אנרגיה דרך קווי חשמל שנמצאים מעל או מתחת למסלול נסיעה קבוע, של אוטובוס חשמלי או רכבת קלה חשמלית. 

אגירת אנרגיה באמצעות רכב חשמלי

התחלנו בסוללות רכב חשמלי ונסיים איתן מזווית מעניינת – מסתבר שהרכב עצמו עשוי לשמש כמאגר אנרגיה לשעת חירום! זה נקרא Vehicle-to-Grid או V2G. הרעיון הוא שרכב חשמלי יוכל לספק חשמל לבית שלכם בזמן הפסקת חשמל. במבט רחב יותר, רכבים כאלה עשויים לסייע בייצוב רשת החשמל באזור שסובל מחוסר יציבות ברשת מסיבות כאלה או אחרות (רעיון שמקודם למשל בקליפורניה). 

בשורה התחתונה, אגירת אנרגיה היא צורך מתמשך וכך זה כנראה יהיה גם בעתיד. מה שבטוח, הוא שהשיטות לעשות זאת ילכו ויישתכללו, לצד הוזלה מתמדת במחיר ובנוחות השימוש בכך. בעולם הרכב החשמלי ובכלל. 

לעוד מידע מעניין ראו: בלוג