ננו פתרונות לבעיות האנרגיה הגדולות כיצד פתרונות וחידושים בתחום הננו- מדעים והננו- טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב יסייעו להתגבר על בעיית האנרגיה העולמית

image_pdfimage_print

בכנס הטכנולוגיות החדשניות השנתי הגדול בעולם, ה- CES, שנערך לפני מספר שבועות בווגאס, חברת CITE Research בשיתוף ענקית ההדמיה והסימולציה Dassault Systèmes פרסמה סקר לגבי הרגלי חיינו בעתיד הלא כל כך רחוק. הסקר חוזה כי בשנת 2030 71% מהציבור עתיד להשתמש ברכבים חשמליים, בעוד ש- 51% מהציבור ייסעו בהייפרלופ (מערכת הסעת המונים על קולית) ו-38% במונית אווירית. הסקר גם סיכם וקבע כי צריכת האנרגיה שלנו תתגבר משנה לשנה ותעלה בקצב בלתי נתפס. זאת, הודות להגברת השימוש במחשבים, מכשירים דיגיטאליים ורכיבים מבוססים רשת – IoT.

אם כן, כמעט כל תחום בחיי היום יום שלנו ממחושב ומעובד, מהמרשמים ותרופות שלנו בקופות חלים ועד דרכי הגעה והתחבורה הציבורית. חיינו הופכים להיות מקושרים, חכמים ודיגיטאליים יותר ולזה יש מחיר מבחינת צריכת האנרגיה.

תמונה ELAS femtosecond laser :1 מכשיר הנותן פולסים קצרים לעיבוד
שבבים בדיוק של מיקרון בחימום מינימלי. צילום: יעל צור

הננו-טכנולוגיה מחוללת חדשנות בתחום האנרגיה

במהלך העשורים האחרונים, מכוני המחקר, האקדמיה, תעשיות המדע וההנדסה וכן סטארטאפים וגופי השקעה,  ברחבי העולם משקיעים מאמצים אדירים, בכוח אדם, בזמן מחקר, בכסף על מנת למצוא פתרונות לבעיית האנרגיה של האנושות. יש העובדים על פיתוח סוגים חדשים ומשופרים של אנרגיה חלופית ממקורות חדשים ויש המשקיעים במציאת פתרונות וטכנולוגיות חדשות להפקת אנרגיה ממקורות ידועים אשר יוכלו לשפר את איכות החיים בכל רחבי העולם. כך או כך, הננו- טכנולוגיה לוקחת חלק פעיל ומשמעותי ומספקת שפע של גישות ופתרונות לחיסכון, לאיחסון ו/או ליצירת אנרגיה. אף על פי שהננו- טכנולוגיה הוא תחום חדש, יחסית, במדע, השימוש בו ומידת החדשנות הגלומה בו גדולים מאד עד כדי כך שכמעט בכל פקולטה החל מתחומי מדעי החיים ועד להנדסות השונות קיימים היום מחקרים ושיתופי פעולה עם מרכזי ננו-טכנולוגיה. כמו כן חברות רבות ומיזמים בתחום ההייטק, ההנדסה, הרפואה והתעופה מגלים כי שיתופי פעולה עם מרכזי ננו-טכנולוגיה, כמו מרכז פרד-שאול למערכות ננומטריות שנמצא במרכז הננו-מדעים והננו-טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, יכולים להניב תוצאות מפתיעות וחשובות ולסייע להם בהתקדמות טכנולוגית ועסקית מרשימה. אם כן, הננו – טכנולוגיה מספקת פוטנציאל פורה מאד לשיפור היעילות ולמציאת מקורות אנרגיה חדשים בכל ענפי התעשייה (איכות הסביבה, רפואה, חלל, אלקטרוניקה, חשמל שבבים ועוד).

לדברי ד”ר בריאן רוזן ממרכז הננו – מדעים והננו- טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, ״כמעט כל דבר בחיינו מושפע ממחיר ועלות האנרגיה- התחבורה, התקשורת ואפילו המזון. מציאת פתרונות חדשים בתחום האנרגיה אינו שאלה מדעית בלבד, אלא צורך ורצון חברתי- כלכלי. למשל, כאשר 25% מהאנרגיה נדרשים לצרכי תחבורה, אזי כלכלות העולם מעודדות את המעבר משימוש ברכבים צורכי בנזין וסולר לרכבים חשמליים. מכאן, שהמחקר המתקדם בתחום האנרגיה הוא זה שנותן את הכלים להתמודד עם האתגרים העתידיים של האנושות. הננוטכנולוגיה לוקחת חלק מרכזי בפיתוח פתרונות מתקדמים לבעיות הנחשבות כמשבשי שוק (disruptive), כאשר ישראל לוקחת חלק משמעותי בפיתוח העולמי והיא אף נחשבת לפורצת דרך במספר דיסציפלינות בתחום האנרגיה. לכן, פיתוח הקשרים הבינ״ל חשוב מאד להתפתחות הננו-מדעים והתקדמות הננו-טכנולוגיה”.

תמונה Scriber Wafer :2 סכין
יהלום שחותך ומעליו מיקרוסקופ.
צילום: יעל צור

ההשפעה הפוטנציאלית של אימוץ אגרסיבי יותר של אסטרטגיות ייעול צריכת האנרגיה נחקרת ונבדקת כל הזמן גם באופנים מולטי- דיסיפלינאריים מפתיעים. למשל כבר בתעשיית הבנייה ניתן לראות את השתלבותה של הננו טכנולוגיה, כאשר טכנולוגיות בנייה יכולות לספק גם פתרונות ואפשרויות לבנייה יקורה וחסכונית באנרגיה באמצעות חומרים ננו טכנולוגים של בידוד תרמי.

אם כן, למרות המספרים שהציגה ארה״ב, לא הכל שחור. במקומות רבים בעולם נרשמו שיפורים משמעותיים ביעילות משאבי האנרגיה ובעתיד יכנסו לשימוש במדינות רבות בעולם יכולות וטכנולוגיות חדשות לייעול צריכת האנרגיה אשר יכולות להפחית באופן משמעותי את התחזית לשימוש בכמות של 73 מיליארד kWh) ) קוט”ש לשנת 2020 ב- Data Center הגדולים בארה”ב. מקור להשראה ניתן למצוא מעבר לים במדינת הולנד היפה. מאחר וממשלת הולנד כבר הבינה את חשיבות הדבר שיש באנרגיה מתחדשת, היא הציבה מטרה שהולנד עד לשנת 2050 כמעט 100% מהאנרגיה המשומשת תהיה למעשה אנרגיה מתחדשת. בנוסף , הצהירה על כך שעד לשנה הבאה,2020 ,14% מצריכת האנרגיה שלה תהיה של אנרגיה מתחדשת! מחקרים ויוזמות דומות ברחבי העולם, לרבות בישראל למעשה מראים לנו שיש דרך לייעול הוצאות ותהליכי האנרגיה ואף מעבר לכך. בתנאים הנכונים ובתקציבים הנכונים, ניתן לחולל שינוי אמיתי בתחום האנרגיה המתחדשת בצורה אפקטיבית וכלל מדינתית בתוך שנים ספורות.

פיתוח טכנולוגיות חדשות בתחום האנרגיה בישראל מבוססות ננו

בישראל, מרכז הננו-מדעים והננו-טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב משקיע משאבים רבים ויוזם שיתופי פעולה בינ״ל רבים לרבות עם אוניברסיטאות מובילות בעולם, ארגונים בינ״ל ומשרדי ממשלה מקומיים וזרים על מנת לפתח את הדור הבא של פתרונות האנרגיה.

בשבוע האחרון, התקיים במרכז הננו טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב כנס שהתעסק בדיוק בנושא זה. למעלה מ- 150 משתתפים סטודנטים וחוקרים ישראלים ואורחים מכל קצוות עולם – בניהם ארה”ב, הממלכה המאוחדת, הודו, יפן, סין , קוריאה ופרו לקחו חלק בכינוס הראשון בנושא storage and conversion” “Energy שנערך במסגרת ה- winter school השנתי של מרכז הננו. הכינוס נערך בשיתוף אוניברסיטת נורת׳ווסטרן האמריקאית ואוניברסיטת צ’ינגחואה הסינית ובתמיכת משרד המדע ומשרד האנרגיה הישראלי.

במסגרת הכינוס, שנמשך ארבעה ימים מה- 14 עד ה- 17 לינואר וכלל גם סיור בירושלים, השתתפו מדענים, חוקרים וסטודנטים מישראל ומאוניברסיטאות מובילות בעולם (כמו נורת׳ווסטרן, MIT, סטנפורד וסיאול) לצד אנשי תעשייה וממשל. במהלך הכינוס הוצגו מחקרים ופיתוחים בסוללות, תאי דלק ודלקים סינטטיים, קטליזטורים, חומרים כימיים ומכשירים אחרים. כל אלו יוכלו לסייע לאנושות כבר בעתיד הקרוב לנצל טוב יותר את מקורות האנרגיה הקיימים ואף לייצר מקורות אנרגיה חלופיים, חזקים, עמידים ונקיים יותר.

ד”ר רוזן מוסיף ״הצלחנו בכינוס זה להביא מנעד רחב מאד של מומחים מתחומים שונים, על מנת שנוכל ללמוד אחד מהשני ולקיים שיתופי פעולה פוריים

תמונה Vinci sputtering PVD :3 – מכשיר להסרת שכבה דקיקה. צילום: יעל צור

. חשוב לנו להראות לחוקרים המובילים מהתחום שמגיעים לכינוס מכל קצוות עולם, את הנעשה בארץ הן מבחינה מחקרית והן מבחינה תרבותית. למשל חברי ארגון ה-INREP, Israeli National Research Center for Electro-chemical Proportion, המונה כ- 25 חוקרים ברחבי הארץ וממומן ע״י משרד רוה״מ, מגיעים להישגים מרשימים מידי שנה”.

בנוסף, בשנתיים האחרונות מרכז הננו- מדעים והננו- טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב בהובלת פרופסור אלכסנדר גולברג ופרופ׳ מיכאל גוזין ביצעה פרויקט ייחודי בשיתוף עם חברת החשמל לפיתוח פוטנציאל האנרגיה המתחדשת הקיים אצל אצות ים. מעבר ליתרונות הסביבתיים הברורים של אנרגיה מתחדשת, שהפרויקט מאפשר, בימים אלו נבדק הפוטנציאל המסחרי של הפרויקט במידה ויורחב וימומן בממדים גדולים יותר בעתיד. במידה והפרויקט יצליח להרשים את הגורמים הרלוונטיים, ביניהם גורמי ממשל, ייתכן ובעוד כ-7 שנים האנרגיה המתחדשת של האצות תחליף את השימוש בדלקים ותשמש את הציבור הישראלי הרחב. לדברי פרופסור גוזין בהתייחסות ל- winter school  הראשון אותו יזם במשותף עם ד״ר רוזן “האינטגרציה בין הדיסיפלינות השונות, המקצועיות והבין-אישית, הן קריטיות ליצירת פיתוחים והתקדמות מדעיות פורצות דרך. הננו טכנולוגיה היא אינטגרציה של מקצועות שונים, תחומי הנדסה שונים וכמובן כימיה. למשל בטכנולוגיה של שמירת אנרגיה או המרת אנרגיה, משולבים מקצועות רבים ביניהם אלקטרו- כימיה, הנדסת מכונות, חשמל ומדעי החומרים, אשר כולם צריכים לעבוד ביחד בצורה מושלמת”.

דרך נוספת בה אוניברסיטת תל אביב ממנפת את מדעי הננו להשפעה על תחום האנרגיה היא היכולת לייצר סוללות בהדפסה בתלת ממד. המחקר של פרופ׳ דינה גולודניצקי  מאפשר לייצר מבנים ייחודיים של סוללות חשמליות בהתאמה אישית כדי להתאימם לכל גוף מכני ואלקטרוני לפי דרישות היצרן. תגלית זו מאפשרת גם להגדיל את קיבולת הסוללה שלמעשה פותרת את אחת הבעיות הגדולות שקיימות היום בסוללות – הנפח והגודל של הסוללה כמו גם היכולת שלה לספק חשמל לאורך זמן.

שיתופי פעולה עם התעשייה

מרכז הננו מדעים והננו טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב בשיתוף מכון המחקר של אוניברסיטתRWTH Aachen  מגרמניה, ענקית הסוללות והמצברים הגרמנית – חברת ורטה, והסטארטאפ הישראלי PocellTech, עובד בימים אלו על פיתוח חדשני שישפיע על תעשיית האנרגיה והחשמל. במסגרת המחקר יפותחו סוללות קלות, קטנות ועמידות לרכבים ולתעשיית התחבורה החשמלית אשר עשויות מהחומר גרפן ולא מיון הליתיום המוכר והישן. למעשה החוקרים פיצחו את הצורך החשוב ביותר בסוללות, הגדלת האנרגיה מבלי להגדיל את נפח הסוללה. באופן זה, אפשר יהיה לפתח רכבים וכלי תחבורה חשמליים, המתבססים בעיקר על סוללות בעל נפחים קטנים שיחזיקו מעמד לאורך זמן ומרחק רב יותר.

תמונה 4: תמונה של משתתפי הכנס Winter School . צילום: יעל צור

שיתוף פעולה זה, הינו ביטוי יפה לפרוייקטים ושיתופי פעולה רבים נוספים שעורך מכון הננו- מדעים והננו- טכנולוגיה של אוניברסיטת תל אביב, עם התעשייה הישראלית, במסגרת פעילות מרכז שאול למערכות ננומטריות. כבר משנת 2007, מרכז שאול למערכות ננומטריות מעניק לקהילת הננו טכנולוגיה הישראלית, המורכבת מחוקרים, אקדמאים ומאנשי תעשייה, גישה לידע ולמכשירים המתקדמים ביותר בתחום. מאז ועד היום המרכז משמש בסיס מחקר משמעותי בתחומי ההנדסה, הכימיה, הפיזיקה והרפואה עבור חברות בתעשייה הישראלית, עבור סטארטאפים ומיזמים ישראלים משותפים עם המדען הראשי וכן עבור חוקרים במרכזים אקדמאים מובילים כמו הטכניון, אוניברסיטת בר-אילן, מכון ויצמן ושנקר. רק לאחרונה מרכז שאול למערכות ננוטמטריות רכש ציוד מתקדם מאד וייחודי מסוגו בישראל למחקר ופיתוח בתחום הננוטכנולוגיה בעלות כוללת של 2.5 מיליון דולר.

לדברי פרופ’ יעל חנין, ראש מרכז הננו- מדעים והננו- טכנולוגיה באוניברסיטת תל אביב “שערי מרכז שאול למערכות ננומטריות פתוחות בפני קהילת המחקר והתעשייה הישראלית בין אם מדובר בתעשיינים או בסטארטאפים, מתחומים מגוונים כמו הייטק, ביטחון, תעופה, מכשור רפואי איכות סביבה, אנרגיה ואפילו קמעונאות. במהלך השנה האחרונה, המרכז השקיע משאבים רבים בכדי לאפשר לחברות ותעשיות לבצע מחקר ופיתוח בתנאים הטובים ביותר. כ-90 קבוצות מחקר מהתעשייה ומהאוניברסיטאות השונות השתמשו במתקני המחקר באופן קבוע ונעזרו בידע הרב של המומחים שעובדים בו. אנחנו גאים בכך, שמרכז הננו מצליח לייצר פלטפורמה לשיתופי פעולה לא רק מהאקדמיה אלא גם מהתעשייה, דבר שמשפיע על פיתוח אפליקציות יישומיות  והשפעה ישירה של הננו-מדעים על חיי היום יום”.

מערכת ניו-טק מגזינים גרופ

תגובות סגורות