לדחוס אנרגיה – למה צריך וכמה אפשר?
כמו בני אדם ובעלי חיים הצריכים אוכל, גם מכונות, כמו מכשירים ביתיים וכלי תחבורה, צריכים אנרגיה כדי לפעול.
כדור הארץ קיבל ומקבל אנרגיה מהשמש, בצורת קרני אור המספקות לנו אנרגיה בשני מסלולים. מסלול אחד הוא דלקים מאובנים (נפט, פחם, גז...) שקל להמיר לצורות אחרות אבל בעיקר להעביר ממקום למקום וגם לשמור ולהשתמש בדיוק בזמן הרצוי. בעבר העבירו פחם בשקים שנסחבו על הגב, וכיום מעבירים נפט וגז במכליות ובצינורות.
המסלול השני הוא של אנרגיה "זורמת", המכונה גם אנרגיה מתחדשת (אור שמש, רוח, זרימת מים), שחסרונה העיקרי הוא שהיא זמינה רק בזמן ובמקום מסוימים. מי שגם ליד נהר יכול להקים מנסרת עצים הפועלת בעזרת גלגל כַּפּוֹת. בעונה שיש בה רוחות אפשר לשוט בסירת מפרש, ובשעות היום אפשר לחמם מים בדוד שמש. אך כדי להשתמש בצורות אנרגיה אלה בזמנים או במקומות אחרים, צריך להמיר אותן לצורות אנרגיה הניתנות לאגירה ולהעברה. שיטות לאגירת אנרגיה שימשו בני אדם גם בתקופות קדומות (למשל, קשת מתוחה אוגרת את אנרגיית השרירים ומשחררת אותה כשיורים את החץ), אך רק במאתיים השנים האחרונות, עם המעבר לשימוש בחשמל כמתווך אנרגטי (שגם הוא קיים רק כאנרגיה זורמת), פותחו טכנולוגיות אגירה נוספות.
המדד החשוב ביותר של אגירת אנרגיה הוא צפיפות האנרגיה, כלומר כמה אנרגיה (הנמדדת ביחידות של ג'אול או קלוריה, או קילוואט*שעה) ניתן לאגור במסה או בנפח מסוימים של חומר.
דלקים מאובנים (נפט, פחם, גז...) הם עדיין הטובים ביותר על פי המדד הזה. בקילוגרם אחד של דלק אגורים עשרות מיליוני ג'אולים, וזוהי אחת הסיבות שכה קשה "להיגמל" מהשימוש בו. מכל דלק במשקל 40-30 קילו יכול להסיע מכונית למרחק של מאות קילומטרים. צפיפות האנרגיה בסוללות, האוגרות אנרגיה חשמלית באופן כימי, נמוכה בהרבה. גם בטכנולוגיות המתקדמות ביותר, מתקבלת צפיפות אנרגיה קטנה פי עשרה לפחות. משום כך נסיעה למרחק דומה דורשת סוללות במשקל מאות קילוגרמים.
צפיפות האנרגיה בטכנולוגיות אחרות נמוכה עוד יותר. קַבָּלים המשמשים לאגירת אנרגיה חשמלית באופן אלקטרוסטטי, אוויר דחוס במכלים (או במערות ענק), מים המועלים לגובה ומפעילים גנרטורים כאשר מפילים אותם בחזרה (אנרגיה שאובה), וכמובן קפיצים וגומיות (המשמשים לאגירת אנרגיה בצעצועים ובשעונים מכניים) – כל אלה אינם יעילים מבחינת צפיפות האנרגיה שניתן לאגור בהם. אך לפעמים לשימוש בהם יש יתרונות: פשטות, בטיחות ואפילו מחיר. מערכת מיזוג אוויר המחממת או מקררת מאגרי מים בשעות שבהן מחיר החשמל נמוך, ומנצלת את טמפרטורת המים כדי לחמם או לקרר בניין בשעות אחרות, אוגרת למעשה אנרגיה תרמית בתוך המים. צפיפות האנרגיה במים המחוממים נמוכה פי 500 או פי 1,000 מצפיפות האנרגיה שבדלק, אך ממילא יש צורך לחמם את המים, חסכוני יותר לעשות זאת בזמן המתאים ורק לדאוג לבידוד שימנע אותם מלהתקרר.
צפיפות האנרגיה באוויר דחוס אינה יכולה להתחרות בזו של סוללות, ולכן כלי עבודה חשמליים ניידים מופעלים בסוללות ולא באוויר דחוס. לעומת זאת, מכשירים וכלי עבודה פניאומטיים (המופעלים על ידי אוויר דחוס) יעילים, קלים ובטוחים לשימוש לעומת מכשירים חשמליים. משום כך משתמשים בהם בבתי מלאכה ואצל רופאי שיניים.
אך יש גם שני יוצאים מהכלל בולטים בצפיפותם האנרגטית. הראשון הוא גז מימן, שצפיפות האנרגיה בו היא מעל 100 מיליון ג'אולים לקילוגרם – פי שניים ויותר מזו של דלקים מאובנים. בניגוד לדלקים מאובנים, קל למדי לייצר גז מימן בעזרת סוגים אחרים של אנרגיה; ולעומת רוב סוגי האנרגיות המתחדשות, אפשר להעביר אותו בצינורות ובמכלים ממקום למקום ולהמירו לסוגי אנרגיה אחרים על ידי מנוע שרפה (כמו כל דלק אחר) או ישירות לחשמל בתאי דלק. מבחינות רבות, מימן הוא אפוא מתווך אנרגטי ואמצעי אגירת אנרגיה אידיאלי, ורבים רואים בו את "דלק העתיד". מצד אחר, גם הפקתו וגם השימוש בו עדיין מסוכנים, מורכבים ויקרים בהשוואה לשיטות אחרות.
היוצא־מן־הכלל האחר הוא כורים גרעיניים, המנצלים את האנרגיה שבקשרים שבין מרכיבי גרעין האטום (ניטרונים ופרוטונים). צפיפות האנרגיה של דלק גרעיני גבוהה פי עשרות אלפים ומאות אלפים אף מזו של מימן. מקפסולת תחמוצת אורניום מועשרת במשקל של גרמים אחדים ניתן להפיק יותר חשמל מאשר ממאות קילוגרמים של פחם, נפט או גז.
