נפט גולמי הוא עיקר מקורה של האנרגיה הנמצאת כיום בשימוש המין האנושי על פני כדור הארץ. נפט גולמי הוא תוצר של תהליך בן מיליוני שנים שהתפתח משרידי פלנקטונים - יצורי ים זעירים, אשר שקעו במרוצת השנים בקרקעית הים ויצרו שכבה עבה של חומר אורגני ששימש מזון לבקטריות. פעילותן, בסיוע לחצים שיצרו הנוזלים והשכבות הגיאולוגיות, החלה תהליך של הפיכת החומר האורגני לגז ולנפט. כיום מפיקים נפט מקידוחים עמוקים בקרקע (בכלל זה קרקעית הים) באזורים שנמצא בהם נפט. מאזור הקידוח מובילים את הנפט ליעדי הצריכה באמצעות קווי אספקה אשר מגיעים לעיתים לאורך של מאות ואף אלפי קילומטרים.
כדי להשתמש בנפט להפקת אנרגיה תרמית, חייבים לזקק אותו. נפט גולמי מורכב בעיקר מפחמן וממימן, ומכיל גם גופרית, חנקן ושאריות של חומרים אחרים. במגדלי זיקוק מפרידים ומפרקים את הנפט הגולמי לרכיביו, כגון בנזין, סולר ומזוט. תהליך הזיקוק מבוסס על טמפרטורות הרתיחה של המרכיבים. לפיכך באמצעות חימום של הנוזל הגולמי בתחתית המגדל, המרכיבים שטמפרטורת הרתיחה שלהם נמוכה מ-200C, כגון פטרוליום (בוטאן, פרופאן), יתנדפו ראשונים ויופיעו בראש המגדל. מרכיבים אלה בנויים ממולקולות קטנות שמשקלן המולקולרי קטן. לאחר מכן יתנדפו המרכיבים שנקודת הרתיחה שלהם היא למשל 700C, שמשקלם המולקולרי גדול יותר מזה של פטרוליום, בנזין למשל, והם יופיעו בחלק העליון של המגדל מתחת לפטרוליום. שארית הנפט בתחתית המגדל עוברת פירוק בעזרת לחץ. מוצרי הזיקוק העיקריים הם ביטומן, שעווה, שמני סיכה, דיזל, פרפין (נפט), דלק למטוסים, דלק מכונות וגזים הנארזים במכלים.
גז - תחליף מבוקש
גז טבעי ונפט נוצרו אפוא בתהליכים כימיים דומים שנמשכו מאות מיליוני שנים. לכן בדרך כלל נמצאים מרבצי הגז הטבעי סמוך למקומות שנמצא בהם נפט גולמי. רק 10% מהגז הטבעי נלכדים מתחת לאדמה ונהפכים למצבור גז. רוב הגז מחלחל ומוצא את דרכו אל האטמוספירה. למרות זאת, כיום מאגר הגז הטבעי בעולם עולה ביותר משני סדרי גודל (פי מאה) על זה של נפט גולמי.
בשל יתרונותיו הבולטים, גז טבעי הוא מוצר אטרקטיבי ביותר כתחליף לנפט מבחינות רבות. הוא זול, יעיל ו"נקי" יותר מסוגי הדלק שמקורם בנפט והנמצאים כיום בשוק האנרגיה. כיום גז טבעי הוא מקור אנרגיה עיקרי בתחנות כוח, בתעשיות כימיה ופטרוכימיה, במפעלי מתכת, במיתקני התפלה, אמוניה וכדומה. ערכו הקלורי גבוה מזה של סוגי הדלק האחרים, וכמעט כפול מערכו הקלורי הממוצע של פחם. באופן כללי, שימוש בגז טבעי מאפשר נצילות גבוהה יותר מדלק אחר. יתרה מזו, בשל תכולת המימן הגדולה שבו, גז טבעי עשוי לשמש מקור מצוין להפקה של מימן, המשמש - כפי שנראה בהמשך - ביישומים מגוונים בתעשייה ובתאי דלק.
המתכלים והמתחדשים
כאשר דנים במקורות אנרגיה, יש להבחין בין שני סוגי מקורות: מקורות מתכלים ומקורות מתחדשים. כל מקורות האנרגיה הנחצבים מקליפת כדור הארץ, כגון נפט גולמי, פחם וגז טבעי, מעצם טבעם הם מאגרים מתכלים. מלבד היותם מתכלים, חסרונם בכך שניצולם אינו ידידותי לסביבה. השימוש בהם גורם זיהום סביבתי ופוגע באטמוספירה בגלל גזי חממה שנוצרים תוך הפקת האנרגיה.
הנפוץ ביותר מבין סוגי הדלק הוא נפט ומוצריו. תעשיית הנפט כרוכה בנזקים סביבתיים ובבעיות בטיחות. התעשייה מסבה נזקים לסביבה הן בפעילויותיה השגרתיות, כגון יצירת פסולת בזמן הזיקוק, הן בתאונות המתרחשות לפרקים במכולות הענק ובאסדות. נפט גולמי ומזוקק, אשר נשפך לים בגלל תאונות של ספינות, כבר פגע בעבר במערכות אקולוגיות עדינות באלסקה, באיי גלפאגוס, בספרד ובמקומות רבים אחרים.
תקלות באסדות קידוח והפקה ימיות מאיימות על הסביבה אף יותר בשנים האחרונות. לדוגמה, בשנת 2010 אירע במפרץ מקסיקו אסון הנפט הגדול בהיסטוריה. תקלה שארעה באסדת קידוח במים עמוקים גרמה לפיצוץ עז שהביא למותם של מפעילי האסדה, וכמויות עצומות של נפט גולמי נשפכו לים. רק כעבור כשלושה חודשים הצליחו, במאמץ רב, לאטום את פי הבאר ולהפסיק את זרימת הנפט. נזק רב נגרם גם לחופי ארצות הברית, על אף המרחק הרב ממקום האסדה. האסון העלה לשיח הציבורי את הצורך במציאת חלופות של מקורות אנרגיה.
עם המקורות המתחדשים, שאינם מתכלים, נמנים מקורות המבוססים בעיקר על אנרגיית השמש ועל תהליך המיזוג הגרעיני (כורים גרעיניים). בין אלה: אנרגיית הרוח, המרה ישירה של אנרגיית השמש לחום (קולטים לדודי מים), המרה ישירה של אנרגיית השמש לחשמל (תאי שמש), אנרגיה הידרואלקטרית, אנרגיה גיאותרמית וביומסה. מקורת אלה מטבעם אינם מתכלים, ואפשר להשתמש בהם ללא הגבלת כמות.
יתרונם הגדול של המקורות המתחדשים הוא שניצולם אינו גורם נזקים סביבתיים. חסרונם העיקרי הוא שהם אינם זמינים באזורים רבים ולא תמיד זמינים. לדוגמה, אנרגיית השמש אינה זמינה באזורים נרחבים מאוד על פני הגלובוס, ואילו באזורים אחרים היא אינה זמינה באופן רציף לאורך היממה ולאורך השנה. יתרה מזו, הקמה ראשונית של מיתקני המרה לאנרגיה זמינה היא יקרה. הגרף מתאר את הגידול בצריכה העולמית של סוגי הדלק. מהגרף עולה כי הניצול של כל סוגי האנרגיה המתחדשת נאמד בעד 10% מכלל תצרוכת האנרגיה העולמית.
תצרוכת עולמית של סוגי דלק למיניהם (ביחידות 1TWh=3.6*1015Joules)
שיטות חדשות של שאיבת מצבורים
עובדות אלו ואחרות הביאו את האנושות לחיפוש מסיבי של תחליפי דלק, מקורות אנרגיה, שיפור דרכי ההפקה ושיפור הנצילות. העיסוק בנושא זה נעשה אחד המוקדים העיקריים במרכז תשומת הלב העולמית, ואין ספק כי ההשקעה בתחום תגדל ותלך.
ברור כי שאיבה ממרבצים של נפט, גז וכדומה מדלדלת את המקורות, וקשה מאוד לאמוד את "זמן החיים" שלהם. עתודות של כל סוגי הדלק תלויות מצד אחד בכמות של כל המחצבים על פני כדור הארץ, בכלל זה מצבורים בין שכבות גיאולוגיות, ומצד שני תלויות בתצרוכת האנרגיה הכלל עולמית. שני גורמים אלה הם דינמיים.
התיאור הגרפי מלמד כי קצב נתוני הצריכה גדל עם השנים בין 1970 ל-2020, אך יותר מכל הוא תלוי בהתפתחויות הטכנולוגיות. היכולת לשאוב מצבורים ולאתר שדות ומצבורים חדשים מתפתחת ומשתפרת עם הזמן. בארות שנחשבו כמנוצלות עד תום, נשאבות היום בשיטות חדשניות על ידי החדרת דטרגנטים לבאר, לשם הקטנת צמיגותו של הנוזל הגולמי ושיפור השאיבה. הפרדת הדטרגנט מהנוזל מבוצעת בתהליך כימי פשוט על פני הקרקע. ממצאים מלמדים על קיומם של מצבורי נפט באזורים שנחקרו בעבר בשיטות מיושנות. בשיטות חדשניות נחשפים כבר היום שדות סמויים רבים בעזרת לוויינים.
אין תשובה חד-ערכית לשאלה עד מתי יספקו הבארות והמצבורים הנוכחיים את כל תצרוכת האנרגיה של המין האנושי. יש הטוענים, כי בקצב הניצול הנוכחי יספיק הנפט ל-30-20 שנים. אחרים סבורים, כי ככל שהעולם מתפתח, כך גדל הביקוש למקורות אנרגיה, ולכן הנפט יספיק רק ל-15-10 שנים. האופטימיים טוענים, כי טכניקות השאיבה יתחדשו וישתכללו, ויתאפשר לשאוב מצבורים שאינם נגישים היום. בכך תובטח אספקה סבירה לעוד מאה שנים לפחות.
לסיכום יצוין, כי מקובל להניח שבתנאים הנוכחיים, הן מבחינת התצרוכת הן מבחינת התכולה של כלל המאגרים, אספקת הגז והנפט תימשך כחמישים שנים. לכן לפי כל תחזית, אופטימית יותר או אופטימית פחות, הגזע האנושי חייב למצוא מקורות אנרגיה שאינם מתכלים וזמינים בכל מקום ובכל זמן.
* הכותב הינו מאוניברסיטת אריאל azouja@gmail.com, jacoba@ariel.ac.il
