האוקיינוס כסוללה?

יותר מ-70% מפני השטח של כדור הארץ מכוסים על ידי מים. מתוכם, מַרבית המים מצויים באוקיינוסים, ורק 2% הם מים מתוקים באגמים; בנהרות ובקרח. ישנן כמעט 200 מדינות בעולם, וליותר מ-150 מתוכָן יש גישה לים. מינים רבים חיים באוקיינוסים; במערכות אקולוגיות שכוללות שוניות אלמוגים וערוגות עשב ים ליד חופים, ובמים הפתוחים. הקהילה המדעית העולמית עומלת כדי לקבוע את כמות המינים באוקיינוסים, אולם המטלה קשה. כיום, מערכת המידע של מגוון ביולוגי באוקיינוס¹ מדווחת על מעט יותר מ-147,000 מינים. אולם, מאחר שמעריכים כי טרם חקרנויותר מ-80% מהאוקיינוסים, מספר המינים שחיים באוקיינוס צפוי להיות גדול הרבה יותר ממה שאנו יודעים עד כה, ועשוי לכלול מיליוני מינים.

נוסף על היותו ביתם של אלפי יצורים, הים הוא כמו סוללה שכל העת מקבלת אנרגיה, סופגת אותה ומשחררת אותה. השמש היא מקור האנרגיה העיקרי של האוקיינוסים, הן ישירות, דרך אנרגיית האור והחום הן בעקיפין, על ידי חימום האוויר שיוצר רוחות. האוקיינוסים גם מקבלים אנרגיה מהמשיכה שהירח; כוכבי הלכת והשמש מפעילים על כדור הארץ. משמעות הכוחות האלה היא שמֵי האוקיינוס מצויים בתנועה מתמדת: גלים נישאים ונשברים; תופעת הגאות והשפל הולכת ובאה, וזרמים זורמים ברחבי כדור הארץ. התנועות הללו חשובות מאוד לכדור הארץ: הן מספקות מזון וחמצן לצמחים ולְחיות החיים בַּיַּמִּים, וכן מסייעות לעצֵּב את קו החוף דרך סחיפה והיערמוּת, שהיא הצטברות של חול. מה אם יכולנו להשתמש בתנועת האוקיינוס המתמדת הזו גם לייצור של מקור אנרגיה מתחדשת? זֶהוּ יותר מאשר חלומם של מדענים בלבד – הַמשיכו לקרוא ולִמדו עוד!

היווצרותם של גלים, זרמי אוקיינוס ותופעת הגאות והשפל

גלים נוצָרים על ידי רוחות שנושבות ברחבי פני השטח של הים. מֶשֶׁךְ הזמן שבין גל אחד לאחר נע בין 4 שניות ל-30 שניות. גלים מתהווים הן הרחק בתוך הים הן בקרבת החופים. כאשר רוחות נושבות בחוזקה, כפי שמתרחש במהלך סופה, הגלים גבוהים יותר. צוּנָאמִי הם סוג אחר של גלים. גלים אלה נוצרים על ידי רעידות אדמה; התפרצויות געשיות וההשפעה של נחיתת מֶטֶאוֹרִיטִים בים. לדוגמה, כאשר כדור הארץ רועד במהלך רעידת אדמה, המים נעים, ואז גלי צונאמי ענקיים נוצרים בים הפתוח ומתקדמים לכיוון החופים. במאמר זה נתמקד בסוגי הגלים שמתרחשים באופן רגיל, שאינם גלי צונאמי.

זרמי אוקיינוס נוצרים בעיקר עקב סיבוב כדור הארץ; שינויים בקרקעית הים והבדלים בטמפרטורת מֵי הים ומידת מליחותם. חלק מזרמי האוקיינוס חזקים מאוד, ולזרמים העיקריים אף יש שמות ספציפיים. חלק מהזרמים נושאים מים חמימים, או אפילו חמים; אחרים נושאים מים קרים. זרמים אלה משפיעים על מזג האוויר. לדוגמה, זרם הגּוֹלף מתחיל במים החמים של מפרץ מקסיקו, ומתקדם לצפון אירופה. בדרכּוֹ הוא מחמם את המקומות שהוא עובר בהם. ליד החוף, אנו יכולים למצוא זרמים חזקים וקצרים יותר כתוצאה מצורתה של קרקעית הים. זרמים אלה שומרים על המים מלאים בחמצן, ונושאים חומרי מזון הרחק מהחוף.

תופעת הגאות והשפל נוצרת בעיקר עקב המְּשיכה המגנטית שהירח והשמש מפעילים על האוקיינוסים של כדור הארץ. כאשר הירח והשמש נעים, המים באוקיינוסים נמשכים לְעֵבֶר החופים או הרחק מהם, מה שמייצר עלייה וירידה במִפלס פני הים. כתלות בקו החוף, גאות גבוהה ושפל נמוך יכולים להתרחש פעם או פעמיים ביום ירחי –24 שעות ו-50 דקות, שהוא הזמן שלוקח לירח להסתובב סביב כדור הארץ. בחלק מהמקומות שינויי הגאות והשפל בגובה פני הים קטנים מאוד, בעוד שבמקומות אחרים הם מובהקים מאוד. לדוגמה, חלק מהאיים, כמו למשל מוֹן סַן מִישֶׁל בצפון צרפת, מחוברים ליבשת הראשית בשפל נמוך על ידי כביש שחוצה את החולות. אולם, בגאות גבוהה, הכביש מכוסה במים עמוקים, ואנשים באי נותרים מנותקים למשך כ-9 שעות.

ייצור חשמל מגלים, מזרמים ומגאות ושפל

התנועה הבלתי פוסקת של גלים, זרמים וגאות ושפל יכולה לשמֵּש לייצור חשמל נקי ומתחדש לבתינו, לבתי הספר שלנו ולתעשיות שלנו [1]. כדי להפיק אנרגיה מהאוקיינוס, משתמשים במכשירים מיוחדים. במטרה לכלוא אנרגיה, חלקים מסוימים מהמכשירים האלה נעים עם תנועת המים, והתנועה מייצרת חשמל שאז ניתן לשנע לחוף. מְצוֹפִים וטורבינות הם שתי דוגמאות למכשירים שיכולים לשמש לכליאת אנרגיה מתנועת האוקיינוס.

מְצוֹפִים הם מבנים שצפים על הים, ונעים מעלה ומטה עם תנועת הגלים. המצופים מחוברים למגוון מנגנונים כמו למשל גליל שמניע בוכנה שמניעה גנרטור, אשר יכול להמיר את התנועה לחשמל. ניתן לחבּר את המצופים לעמודים ארוכים – מֵעֵין תְּרָנִים, אשר מעוגנים לקרקעית הים (איור 1), או שהמכשיר כולו יכול לצוף בחופשיות באוקיינוס וידאו²). מכשירים כאלה ניתן למקם במים העמוקים בים הפתוח, או קרוב יותר לחוף.

טוּרְבִּינוֹת גם הן יכולות לשמֵּש לרתימת האנרגיה מזרמים באוקיינוס (איור 2, וידאו 2³). לטורבינות יש להבים, הנראים מעט כמו מַדְחֵפִים (פְּרוֹפֶּלוֹרִים), שיכולים להסתובב על ידי כוחם של זרמי האוקיינוס. הטורבינות המסתובבות מחוברות למכשיר שמייצר חשמל, וכאשר הטורבינה מסתובבת כמו מַדְחֵף, סדרה של גלגלי שיניים מגבירים את סיבוב המנוע, מה שמאפשר לטורבינה לייצר חשמל. זרמי אוקיינוס כמעט תמיד קבועים בכיוונם, במהירותם ובזרימתם, והם נושאים כמויות גדולות של אנרגיה. טורבינות גם יכולות לשמֵּש לקצירת אנרגיה מזרמים שמיוצרים על ידי גאות ושפל. לעיתים, נבנה סוג של סֶכֶר לאחסון המים בגאות גבוהה. בשפל נמוך, שערי הסכר נפתחים, והמים המאוחסנים זורמים החוצה מספיק מהר כדי להניע סדרה של טורבינות.

לאחר שהחשמל מיוצר על ידי המכשירים האלה, ניתן לשנע אותו לחוף דרך כבל תת-ימי, או לאחסן אותו בסוללות מיוחדות.

אנרגיות של האוקיינוס: אתגרים והזדמנויות

בעוד שהמכשירים הללו עשויים להיראות די פשוטים, המצאת מכשירים שיפעלו בכל תנאי מזג אוויר, לעיתים בעומק המים, היא אתגר גדול למדענים. המחיר שכרוך בתכנון הטכנולוגיות האלה, התקנתן ותחזוקתן, עשוי להיות גבוה מאוד. סביבת האוקיינוס היא לעיתים קרובות קשה ומסוכנת, והתנאים עלולים להיות בלתי צפויים. המשמעות היא שנדרשים מבנים חזקים שמסוגלים לעמוד בטבע האגרסיבי של האוקיינוס. כמו כן נדרשים עדיין תמיכה ומימון למחקרים עתידיים, לְשֵׁם בחינת אבות-טיפוס, ולפיתוח מכשירים בקנה מידה מלא שיכולים להבטיח אספקה יציבה של חשמל נקי ומתחדש.

נוסף על כך יש לנקוט באמצעי זהירות כדי להימנע מהשפעות בלתי רצויות על הסביבה. לדוגמה, המכשירים האלה עלולים לשנות את זרמי האוקיינוס, ולשבש את התבניות הטבעיות של מזון ודגים צעירים. כמו כן אם הטורבינות מייצרות רעש, הן עלולות לפגוע באוֹריינטציה של חיות ימיות, ולגרום להן להתנגש במכשירים או בקרקע קרובה. מחקר מסויםהראה שדגים ויונקים ימיים יכולים להימנע מפגיעה במכשירים; אולם, לעיתים הדבר מתרחש בכל זאת. חשוב שמדענים ימשיכו לחקור כיצד צמחים וחיות מקומיים מגיבים למכשירים האלה. כשמידע חדש ייאסף, נדע כיצד לבנות את המכשירים ולהתקינם כך שלייצור האנרגיה לא תהיה השפעה שלילית על צמחים ועל חיות באוקיינוס.

סיכום

למרות האתגרים הללו, פוטנציאל גדול טמון בייצור חשמל באמצעות שיטות המשתמשות בתנועת האוקיינוסים. באופן תיאורטי, האנרגיה של תנועות האוקיינוס יכולה לספּק כמות גדולה פי כמה יותר מדרישת האנרגיה העולמית! אנרגיה שנקצרת מתנועת האוקיינוס היא מתחדשת, כלומר לא תאזל, בניגוד לדלקי מאובנים שבסופו של דבר יסתיימו. יתרון גדול נוסף הוא שהפקַת חשמל מאנרגיית אוקיינוס לא מייצרת פחמן דו-חמצני, ולכן אינה תורמת להתחממות העולמית ולשינויי האקלים. המשך מחקר העוסק בטכנולוגיות מייצרות חשמל אלה שווה את המאמץ מאחר ששינויי אקלים מהווים בעיה הולכת וגדלה. חיוני שנפחית את פליטות הפחמן הדו-חמצני לאטמוספרה, במטרה להגן על עתיד כדור הארץ וכל היצורים שבו! אם תזדמנו לאוקיינוס, נוסף על הנאה מיופיים הנהדר של המאפיינים הטבעיים של הים, זִכרו שבאחד הימים האוקיינוס עשוי לסייע לנו להשיג את החשמל שאנו משתמשים בו בחיי היומיום! האפשרויות הן בלתי מוגבלות!

מילון מונחים

מתחדשת (Renewable): ↑ אנרגיה מתחדשת היא מקור אנרגיה טבעי כמו למשל גאות ושפל; גלים וזרמי אוקיינוס, שהם תמיד זמינים.

מצוף (Buoy): ↑ מבנה צף שנע מעלה ומטה עם תנועת הגלים.

בוכנה (Piston): ↑ גליל או דיסק שנכנסים לגליל אחר באופן מהודק ונעים בתוכו, בין אם במטרה לדחוס או להניע בו זוֹרֵם, כמו למשל אוויר או מים, או במטרה להתמיר אנרגיה.

תֹּרֶן (Spar): ↑ מוט עבה וחזק שתומך במצוף.

טורבינה (Turbine): ↑ מנוע שמספּק כוח, כיוון שרוֹטוֹר מסתובב באופן רציף כתוצאה מלחץ הנובע מתנועה מהירה של מים או רוח.

סֶכֶר (Barrage): ↑ סוג של מחסום הממוקם לרוחב נחל או נהר ומוצב במאונך כנגד הזרם, במטרה להגדיל את עומק המים.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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

תודות

אנו מעריכים את העזרה של Jill Taylor בהגהת הטקסט בהיבטי סגנון ודקדוק. אנו גם מודים ל-Valeria Chávez עבור פיתוח רעיון קטעי הווידיאו; ל-Edgar Muñoz עבור עבודתו על הגרפיקה של האיורים ושל קטעי הווידיאו, כמו גם ל-Miriam Silva על שתרמה את קולה להפקַת קטעי הווידיאו.

הערת שוליים

1. ↑ https://obis.org/.

2. ↑ לצפייה בסרטון וידיאו המתאר ייצור חשמל באמצעות גלי אוקיינוס, לחצו כאן.

3. ↑ לצפייה בסרטון וידיאו המתאר ייצור חשמל באמצעות זרמי אוקיינוס וגאות ושפל, לחצו כאן.