אנו יודעים שאטמוספירת כדור הארץ מתפקדת כמו חממה: קרניים מגיעות מהשמש ומחממות את האוויר ואת האדמה. במקום לעזוב את החממה באותה הדרך שהן נכנסו אליה, הקרניים נכלאוֹת בקירות ובתקרה של החממה והופכות אותה להיות חמה יותר מהאוויר שבחוץ. זה בדיוק מה שקורה במכונית ביום חם: אור עובר בחופשיוּת פנימה דרך החלון (יותר מ-90% מהאור מצליח לעבור), אולם אחרי שהאנרגיה שלו נספגת על-ידי המושבים והריפוד, היא משתחררת מחדש בצורה של חום אשר החלונות משקפים חזרה אל תוך הרכב. אם כן, האור יכול להיכנס, אבל אינו יכול לברוח מהמכונית ולכן היא תתחמם. לכדור הארץ יש את החממה הפרטית שלו – האטמוספירה, שְׂמיכה של אוויר שכולאת חום בתהליך שנראה ”אפקט החממה“. אפקט החממה הוא דבר טוב – ללא האטמוספירה כדור הארץ היה קר יותר בכ-33°C, ורוב המים על פניו היו קופאים לקרח! הגזים שמחממים את כדור הארץ ידועים בשם ”גזי חממה“, והידוע שבהם הוא פחמן דו-חמצני (שסימונו הכימי הוא, כאמור, CO₂).

אולם כמות גדולה מדי של CO₂ באוויר עשויה להוות בעיה. בני האדם אחראיים על ייצור כמות גדולה של CO₂. מדי יום ביומו אנו משתמשים בדלקי מאובנים (כמו פחם, שמן או גז טבעי, שאותם אנו מוצאים במעמקי האדמה בצורת מוצק, נוזל או גז) ברכבים שלנו ובתחנות הכוח, או כשאנו כורתים עצים ביערות. כל הפעילויות האלה יחד מגדילות את כמות ה-CO₂ באטמוספירה לרמוֹת שלא נראו כמותן ב-55 מיליוני השנים האחרונות. העלייה הזו בכמות גזי החממה מחממת את כדור הארץ. עליית הטמפרטורה גורמת בתוֹרהּ לשינוי האקלים, שהוא שינוי בתבניות מזג האוויר באזור מסוים או בכדור הארץ בכללותו. מדענים חוזים ששינוי האקלים יגרום לעלייה במפלס הים, לגלי חום חזקים יותר, למזג אוויר קיצוני, להכחדה של זנים ביולוגיים ולהשפעות שליליות אחרות על העולם שלנו.

למזלנו, ישנם כמה צעדים שאנו יכולים לבצע במטרה להפחית את ההשפעות העתידיות של שינוי האקלים. מדענים בדרך כלל מחלקים את הפעולות המועילות האלה (אשר ידועות כ”מיתוּן שינוי האקלים“) לשלוש קטגוריות: הפחתת פליטות מזיקות של CO₂ ושל גזי חממה נוספים (כלומר שחרורם של הגזים לתוך האטמוספירה); הפחתת כמות אור השמש שמגיעה לפני השטח של כדור הארץ והסרת CO₂ מהאטמוספירה. לכל אחת מהפעולות האלה יש עלויות, תועלות וסיכונים מסוגים שונים. חשוב שממשלות וקובעי מדיניות אחרים יבינו איזה חלק צריך להוות כל אחד מהפתרונות האלה מתוך התגובה לשינוי האקלים.

נתמקד בהסרת פחמן דו-חמצני (CDR – Carbon Dioxide Removal) מהאטמוספירה. לאיזה היקף של הסרת CO₂ אנו זקוקים כדי להיאבק בשינוי האקלים? הַעֲרָכָה אחת מגיעה מהפּאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change), קבוצת מדענים מרחבי העולם שעובדים יחדיו כדי לענות על שאלות כמו זו. דו”ח ה- IPCC מכיל תוכנית מחמירה ביחס להגבלת עליית הטמפרטורה, כך ששינוי האקלים יואט. תוכנית ה-IPCC כוללת הן צעדים להפחתת פליטות ה-CO₂ לאוויר והן צעדים להסרת פחמן מהאטמוספירה תוך שימוש בטכניקות CDR. התוכנית הזו דורשת מטכנולוגיות ה-CDR להפחית עד לשנת 2,100 כמות CO₂ שערכּהּ 25% מהכמות שמיוצרת בעולם כיום. הפחתות נוספות של CO₂ ייאלצו להתרחש בדרכים אחרות, כולל שימוש במקורות אנרגיה חדשים שאינם מייצרים CO₂ כמו למשל אנרגיית שמש (אנרגיה סולרית) ואנרגיית רוח. ב איור 1 אפשר לראות כיצד עשויות להיראות פליטות ה- CO₂בעתיד אם נפעל לעבר ”מיתון שינוי האקלים“ או אם נבחר שלא להפחית את הפליטות וניישם מדיניוּת של ”עסקים כרגיל“.

ישנן כמה דרכים לביצוע CDR. לכל אחת מהדרכים האלה יש עלויות שונות, והן יכולות להסיר כמויות שונות של CO₂ מהאטמוספירה. רעיון אחד נקרא ”לכידת CO₂ ישירות מהאוויר, והוא תהליך יקר אשר ”מקרצף“, או מסיר, פחמן דו-חמצני מהאוויר שאנו נושמים. דרכים אחרות להסרת CO₂ מהאטמוספירה כוללות אחסון כמות גדולה יותר של פחמן בעצים, באדמה או באוקיינוס. טכנולוגיה אחת חדשה להסרת CO₂ ידועה כאמור בתור ”ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון של פחמן“ (BECCS). BECCS מסירה CO₂ מהאטמוספירה תוך ייצור של מוצרי אנרגיה בעלי ערך כמו למשל חשמל או דלקים. יתרה מזו, BECCS יכולה להחליף צורות מלוכלכות יותר של הפקת אנרגיה מדלקי מאובנים. בשל המאפיינים האלה, מדענים מאמינים ש- BECCSיכולה לשחק תפקיד חשוב בהפחתת שינוי האקלים העתידי.

כיצד BECCS עובדת, ומדוע היא מסירה פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה? בואו נראה כיצד הטכנולוגיה החדשה הזו מסירה גזי חממה מזיקים מהאוויר באמצעות אנרגיה מצמחים. במשך כל שנות קיומם בני אדם הפיקו אנרגיה מביוֹ-מסה (Biomass) – חומר שמקורו ביצורים חיים כמו צמחים, עשבים ועצים. אנו מכנים את האנרגיה הזו מביו-מסה בשם ביוֹ-אנרגיה. לדוגמה, בני אדם קדומים הפיקו חום מצמחים באמצעות אש, בדיוק כפי שאתם עושים כשאתם בונים מדורה. כיום, אנו משתמשים בביו-מסה כדי להפיק חום, חשמל או דלקים לתחבורה מסביב לעולם. ביו-מסה יכולה להיות מקור לאנרגיה נייטרלית ביחס לפחמן, מה שאומר שהיא אינה מגדילה את כמות ה-CO₂ באטמוספירה. הסיבה לכך היא שכמות ה-CO₂ שמשוחררת בעת הפקת האנרגיה היא אותה כמות ה- CO₂ שנצרכה מהאוויר לְשֵׁם גידול הביו-מסה (ראו איור 2A). אולם ביו-מסה היא נייטרלית ביחס לפחמן רק אם מגדלים אותה בצורה ברת-קיימא, כלומר, אם הביו-מסה גדלה מחדש אחרי שהיא נקצרת ועל כן אינה גורמת לפליטות מהאדמה (כמו שקורה בעקבות כריתת יערות). בדומה לאנרגיית שמש ורוח, ביו-אנרגיה יכולה להוות דרך מרכזית להפחתת כמות ה- CO₂ שנוצרת כשאנו מפיקים אנרגיה.

לכידה ואחסון של פחמן (CCS) היא שיטת טיפול ב- CO₂ אשר כולאת CO₂ ממקור כלשהו (למשל תחנת כוח), מעבירה אותו לאתר אחסון ומאחסנת אותו מתחת לאדמה [2]. כתוצאה מכך פליטות CO₂ שבאופן טבעי היו נכנסות לאטמוספירה, מאוחסנות במקום זאת מתחת לאדמה למשך מאות שנים או יותר. באמצעות מניעת כניסה של CO₂ לאטמוספירה, CCS מפחיתה את שינוי האקלים העתידי. מרבית המדענים שואפים להשתמש ב-CCS בתחנות כוח קיימות ועתידיות אשר שורפות דלקי מאובנים (כמו למשל פחם, שמן וגז טבעי) כדי להפחית את פליטות ה-CO₂ מתחנות הכוח האלה בשיעור של עד 90%. אף על פי שמדענים ומהנדסים כבר בנו את הטכנולוגיה הדרושה עבור CCS, עדיין אין הרבה תחנות כוח שמשתמשות בטכנולוגיה הזו. בעתיד, נצטרך לשלב את ה-CCS במערכת החשמל, אשר מפיקה חשמל ומובילה אותו לבתים שלנו. מערכת החשמל אחראית לחלק גדול מפליטות ה-CO₂ בעולם.

ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון של פחמן (BECCS) משתמשת הן בביו-אנרגיה והן ב-CCS במטרה להפיק אנרגיה ולהסיר CO₂ מהאטמוספירה (ראו איור 2B). במקום לשחרר CO₂ במהלך ייצור האנרגיה, כפי שעושות טכנולוגיות מסורתיות של ביו-אנרגיה, לוכדים את ה- CO₂ ומאחסנים אותו באמצעות טכנולוגיות CCS. התוצאה היא חשמל ודלקים אשר מסירים CO₂ במקום לשחררו. BECCS שונה מטכנולוגיות אחרות להסרת פחמן דו-חמצני (CDR) בכך שהיא גם מפיקה אנרגיה בתהליך, במקום רק להסיר CO₂ מהאוויר. כתוצאה מכך היא יכולה להחליף גם תחנות כוח שפועלות על דלקי מאובנים כמו פחם, שמן או גז טבעי.

מדעני אנרגיה ואקלים, כמו אלה ששותפים בפאנל ה-IPCC, רק מתחילים להבין את התפקיד ש-BECCS יכולה למלא בהפחתת שינוי האקלים. מודלים ממוחשבים שבהם משתמש פאנל ה-IPCC חוזים ש-BECCS וטכנולוגיות CDR אחרות יהיו יעילות מאוד, אבל עדיין חסרים להן כמה פרטים חשובים [1]. לדוגמה, היינו רוצים לדעת איזו כמות של ביו-מסה זמינה עבור יצור אנרגיה, והיכן היא ממוקמת. מידע זה חשוב מאחר שהוא אומר לנו כמה אנרגיה אנו יכולים להפיק. אנו צריכים גם להבין היכן כדאי לאחסן את הפחמן הדו-חמצני מתחת לאדמה. המיקומים האלה לאחסון תת-קרקעי עשויים להיות שונים מאלה של הביו-מסה שאנחנו צריכים! לבסוף, עלינו להבין את המערכות שבהן ניתן יהיה להשתמש ב-BECCS, כמו מערכת החשמל שמעבירה חשמל אל הבתים שלנו. הבנה וסידור הגיוני של כל המידע הזה היא עבודתם של מהנדסים, גיאולוגים ומדענים אחרים ברחבי העולם.

במטרה להבין טוב יותר כיצד ניתן להשתמש ב-BECCS השתמשנו במודלים ממוחשבים כדי לבחון את שימוש ה-BECCS במערכת החשמל של צפון-מערב אמריקה, אשר כוללת חלקים מארצות הברית, מקנדה וממקסיקו [3]. המודל הזה אוסף מידע חשוב על מיקומֵי הביו-מסה ועל מיקומים אפשריים לאחסון תת-קרקעי. המודל מכיל גם פרטים חשובים על האופן שבו מהנדסים יכולים לתכנן את מערכת החשמל בעתיד. כל המידע שבמודל דורש מחשבי-על, שהם מחשבים עם רמה גבוהה מאד של קיבולת חישובית. מחשבי העל האלה יכולים להיות מהירים פי 50 מיליון מאשר המחשב הנייד שלכם! שימוש במחשבי-על יכול לעזור לנו להבין טוב יותר את השימוש הנכון ב-BECCS, יותר מִשֶּׁאָנוּ יכולים להבין באמצעות מודלים של ה-IPCC.

הצעד הראשון בהבנת השימוש האפשרי ב-BECCS הוא בירור של כמות הביו-מסה הַזְּמִינָה ומיקומהּ. ביו-מסה מכילה פחות אנרגיה מזו שיש לאותה הכמות של דלקי מאובנים, והיא מפוזרת יותר ברחבי כדור הארץ מאשר הדלקים המרוכזים ממִכְרוֹת הפחם או משדות השמן והגז. דרום-מערב אמריקה מכילה ביו-מסה מיערות, מחקלאות ומפסולת שאנו מייצרים, כמו למשל עץ שמשמש בבניית בתים או בהריסתם. אספקת הביו-מסה הזו מוגבלת על-ידי היכולת שלה לגדול מחדש אחרי השימוש שנעשה בה, על-ידי הצעדים שבהם אנו נוקטים כדי להבטיח שאיננו פוגעים באדמה, במים או באוויר שלנו ועל-ידי כמות האדמה הַזְּמינה עבור גידול צמחים. מדענים אחרים שמתעניינים בהפקת אנרגיה מביו-מסה בָּנוּ מודלים שמעריכים את זמינוּת הביו-מסה. אנו משתמשים בהערכות הקיימות האלה כדי ליצור ”עקומת אספקה“ של ביו-מסה (ראו איור 3). עקומת האספקה הזו מראָה את המחיר והכמות של הביו-מסה הזמינה. כמות הביו-מסה הזמינה לייצור אנרגיה תוך שימוש ב-BECCS יכולה לספק בערך 10% מצריכת החשמל החזויה של צפון-מערב אמריקה בשנת 2050.

באמצעות שימוש בנתונים שאנו יכולים להפיק מהמודלים שלנו, אנו בוחנים את האפשרות להשתמש ב-BECCS להפחתת שינוי האקלים שנגרם על-ידי מערכת החשמל. באותה העת, אנו מסתכלים גם על טכנולוגיות אחרות, כמו למשל ייצור חשמל מפחם בשילוב עם CCS וטכנולוגיות של אנרגיות מתחדשות (כלומר, אנרגיה ממקורות שאינם ”נגמרים“, כמו למשל רוח או שמש). מצאנו שה-BECCS, בשילוב עם כמות גדולה של אנרגיה מתחדשת מהרוח ומהשמש והפחתה משמעותית של פליטות ה-CO₂ משריפת דלקי מאובנים, יכולות ליצור מערכת חשמל בצפון-מערב אמריקה שעד שנת 2050 תיקח יותר CO₂ מהאטמוספירה מאשר שהיא תכניס אליו. תחנות הכוח העתידיות, אשר יסירו פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה, יתבססו על מקורות מתחדשים, כולל ביו-מסה, כמקורות המפיקים עד 88% מהחשמל בשנת 2050 (ראו איור 4). כמות החשמל הגדולה ביותר תגיע מאנרגיית רוח. שארית החשמל, שלא תסופק ממקורות מתחדשים, תסופק על-ידי תחנות כוח שפועלות על דלקי מאובנים, ובמיוחד על אותן התחנות שפועלות על גז טבעי בשילוב עם CCS.

יתרה מזו, מאחר ש-BECCS מסירה CO₂ מהאטמוספירה, היא עשויה לאפשר לחֵלֶק מפליטות ה- CO₂ מדלקי מאובנים להמשיך להתרחש בעתיד. מאחר שהפחתת הפליטות מֵהָרְכבים ומהמפעלים שלנו יכולה להיות יקרה, BECCS עשויה להפחית את עלויות האטת שינוי האקלים. אולם, כמות ה-CDR מוגבלת על-ידי כמות הביו-מסה הזמינה.

למרות הטכנולוגיה המבטיחה של BECCS, עדיין ישנם כמה סיכונים וחוסר וודאות שמדענים יצטרכו להבין בעתיד ביחס לטכנולוגיה הזו. נושא מרכזי אחד הוא המידה שבּה הביו-מסה הדרושה ל-BECCS היא ברת-קיימא. מאמצים לגידול רב יותר של צמחים לְשֵׁם העלאת זמינוּת הביו-מסה עשויים להשפיע על הסביבה שלנו בצורות שליליות. שתילה של צמחים נוספים עשויה להגדיל את הדרישה למים, לשטחי אדמה ולמדשנים. לדוגמה, כדי לגדל את כמות הצמחים הדרושה לענות על הערכת האספקה שלנו, ייתכן שיידרשו שטחים בגודל של כל מדינת מערב וירג’יניה! סיכון נוסף הוא שאחסון תת-קרקעי של פחמן דו-חמצני עשוי שלא להחזיק לעד. פחמן דו-חמצני שמאוחסן לאחר לכידתו בתהליך CCS עשוי לדלוף לאטמוספירה ולגרום לשינוי האקלים.

אולם חוסר הוודאות הגדול ביותר ביחס ל-BECCS נובע מכך שיש לנו ניסיון מועט בבנייה של המערכות האלה ותפעולן. מי ירצה לִבְנוֹת את המתקנים האלה? באיזה גודל נרצה לבנות אותם? איך נוודא שהם יהיו רווחיים? כמה הם יעלו? וכיצד ממשלות יכולות לתמוך בטכנולוגיה הזו? בעתיד, נצטרך לוודא שטכנולוגיית ה-BECCS תפעל באופן יעיל, תהיה לא יקרה מידי וכן תהיה קלה לבנייה ולשימוש. כך, מדעני ומהנדסי המחר יוכלו להפוך את הטכנולוגיה הזו למציאוּת.

מילון מונחים

שינוי האקלים (Climate change): ↑ שינוי בתבניות מזג האוויר באזור מסוים או בכדור הארץ כולו.

ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון של פחמן (BioEnergy with Carbon Capture and Sequestration – BECCS): ↑ טכנולוגיה אשר מסירה CO₂ מהאטמוספירה תוך ייצור מוצרי אנרגיה כמו חשמל או דלקים.

מיתון שינוי האקלים (Climate change mitigation): ↑ פעולות שמפחיתות את ההשפעות העתידיות של שינוי האקלים.

הסרת פחמן דו-חמצני (CDR – Carbon Dioxide Removal): ↑ פעולות שמסירות CO₂ מהאטמוספירה, מה שיגרום להפחתה בשינוי האקלים העתידי.

הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change): ↑ קבוצת מדענים מרחבי העולם אשר מבצעת הַעֲרכוֹת למידע במטרה להבין את הסיכונים שנגרמים משינוי האקלים.

ביו-אנרגיה (Bioenergy): ↑ הפקת אנרגיה מביו-מסה. מקור האנרגיה הזו הוא מיצורים חיים כמו צמחים, עשבים או עצמים, והיא יכולה להיות אנרגיה שאינה מוסיפה פחמן דו-חמצני לאוויר.

אנרגיה נייטרלית ביחס לפחמן (Carbon neutral energy): ↑ אנרגיה שאינה מייצרת בסך הכול פליטות של CO₂ במהלך הפקתהּ או צריכתהּ.

לכידה ואחסון של פחמן (Carbon Capture and Sequestration CCS -): ↑ שיטת טיפול ב- CO₂ אשר כולאת CO₂ ממקור כלשהו (למשל תחנת כוח), מעבירה אותו לאתר אחסון ומאחסנת אותו מתחת לאדמה. אחסון CO₂ מתחת לאדמה מונע מהפחמן להיכנס לאטמוספירה של כדור הארץ.

מערכת החשמל (Electricity system): ↑ רשת אשר מספקת חשמל, מעבירה אותו ומשתמשת בו.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.