קרבונטק – חלק ראשון

רשות החדשנות | 26.03.24

טכנולוגיות ללכידה, אחסון ושימוש בפחמן ולהסרת פחמן מהאטמוספירה


קרבונטק (Carbon Tech) הוא שם כולל לקבוצת טכנולוגיות העוסקות במניעת פליטות של גז החממה פחמן דו חמצני (פד”ח) והסרתו מהאטמוספירה. לפי פיצ’בוק, ניתן בקווים גסים לחלק את תחום הקרבונטק לשניים: הסרה של פד”ח מהאטמוספירה ויצירה של מוצרים מופחתי פחמן ביחס למוצרים הסטנדרטיים. בנוסף, יש גידול משמעותי בתחום הניהול, והניטור של פד”ח ושל פעילות בתחום הפינטק בהקשרי פליטות פד”ח.

להלן הפרקים העיקריים של תחום הקרבונטק, כפי שיתוארו בהרחבה בסקירה זו:

לכידת פחמן – Capture Carbon
טכנולוגיות להפחתת פליטות, או מניעת פליטות. מיושמות כבר בעולם

הסרת פחמן – Carbon Removal
טכנולוגיות להסרת פד”ח שכבר נפלט מהאטמוספירה. נמצאות בתהליכי פיתוח ופיילוט ראשוניים

אחסון ושימוש בפחמן – Carbon Storage & Utilization
טכנולוגיות לאחסון או שימוש בפד”ח שילכד/יוסר. נמצאות בשלבי פיתוח שונים

ניטור, ניהול ומעקב אחרי פחמן
טכנולוגיות למעקב וניטור אחר התהליכים שבסגמנטים האחרים. יידונו בסקירה נפרדת שתפורסם בהמשך


יצוין כי לעיתים משתמשים במונח “קרבונטק” על מנת לתאר ורטיקל מצומצם יותר הכולל רק טכנולוגיות לשימוש בפחמן דו-חמצני כחומר גלם בתעשיות שונות (carbon utilization) אנו נתייחס להגדרה הרחבה.
בספטמבר 2022 פורסמה על ידינו סקירה בנושא לכידת פחמן, שנתנה מבט-על על כל תחום הקרבונטק. לאור העניין והפעילות הגוברת בתחום, הוחלט לחזור לנושא הפחמן ולפרסם סקירה נוספת בנושא, שתציג מידע עדכני ומקיף.

מטרות הסקירה הנוכחית הן:

  1. העמקה בטכנולוגיות שבבסיס התעשייה, כולל אופן פעולתן, ה-TRL שלהן, ומגבלותיהן.
  2. הרחבת היקף הטכנולוגיות הנסקרות בתחום הסרת פחמן אטמוספירי.
  3. עדכון מצב האקוסיסטם המקומי והעולמי לאור ההתפתחויות בשנתיים האחרונות.


טכנולוגיות פחמן כמשבש אקלימי

_______

בשנת 2015 נחתם הסכם פריז, בו חתמו כל מדינות העולם על התחייבות לשמירה על הטמפרטורה הגלובלית מתחת ל-2 מעלות צלזיוס מעל הממוצע ההיסטורי, בשאיפה לשמירה על 1.5 מעלות. על מנת לעמוד ביעד זה, נדרשת הגעה עד שנת 2050 לנייטרליות אקלימית (Net Zero), שמשמעותה הפחתת הפליטות הגלובליות הכי קרוב לאפס שאפשר, וקיבוע של פחמן בכמות שווה לפליטות שישארו, על מנת שלא יתווספו גזי חממה נוספים לאטמוספירה.


יש שני טיעונים מרכזיים לחשיבות תחום לכידת הפחמן להגעה לנייטרליות אקלימית:

  1. לכידת פחמן בנקודת הפליטה יכולה לאפשר לתעשיות בהן אין פתרונות טובים להפחתת פליטות במקור להמשיך לפעול, תוך הפחתה משמעותית של הנזק האקלימי. בין התעשיות בהן אין פתרונות זמינים להפחתת פליטות מלאה ניתן למנות את תעשיות הבטון והפלדה. עם זאת, קיימת גם ביקורת על תחום לכידת הפחמן בנקודת הפליטה, כיוון שהתקנת מתקני לכידה יכולה להיות “תירוץ” להמשך הפעלת תחנות כוח מזהמות (למשל מבוססות פחם), בעוד שקיימים פתרונות ייצור אנרגיה ירוקה זולים יותר בדמות אנרגיות מתחדשות.
  2. .הסרת פחמן מהאטמוספירה נדרשת על מנת לשמור על יעדי הסכמי פריז עד שנת 2050. מפני שפליטות הפד”ח כיום גבוהות ועדיין נמצאות במגמת עלייה, כמעט כל המודלים המתווים דרכים לשמור על יעדי ההתחממות מתבססים על יישום בכמות כזו או אחרת של הסרת פד”ח מהאטמוספירה. בדו”ח האחרון (AR6) של הפאנל הבין-ממשלתי לשינויי האקלים ,(IPCC) שפורסם ב-2022, מצוין כי כל התרחישים המאפשרים שמירה התחממות של עד 1.5 מעלות צלזיוס כוללים הסרת פד”ח אטמוספירי בכמות כלשהי, ורבים מהתרחישים מניחים כי בעשורים הקרובים תתבצע הסרת פד”ח אטמוספירי בהיקפים גדולים משמעותית ממה שהטכנולוגיה הקיימת היום מאפשרת (AR6 WGIII, Chapter 3) כלומר, לכידת פחמן היא לא רק בעלת פוטנציאל להיות טכנולוגיה משבשת  בתחום  האקלים, אלא  היא טכנולוגיה הכרחית על מנת לשמור על טמפרטורות סבירות בכדור הארץ בהינתן שעד היום כמות פליטות גזי החממה הגלובלית טרם ירדו (StateofCDR).


לכידת פחמן בנקודת הפליטה – טכנולוגיות עיקריות

_______


לכידת פחמן בנקודת הפליטה מתייחסת לטכנולוגיות המשמשות תחנות כוח ומפעלים מזהמים ללכוד את הפד”ח הנפלט מתהליכים תעשייתיים.
יש ארבע דרכים מרכזיות ללכוד את הפחמן הנפלט ממתקני תעשייה:

1
לכידה לאחר שריפה

טכנולוגיה זו נמצאת ב-TRL מתקדם ונמצאת בשימוש נרחב, בעיקר בתחנות כוח פוסיליות. בטכנולוגיה זו הפד”ח מופרד משאר הגזים לאחר הפליטה שלהם בשריפה של דלק.
החיסרון של שיטה זו היא העלות האנרגטית הגבוהה שלה, מכיוון שלרוב הפד”ח מהווה אחוזים בודדים מהגז הנפלט מהתהליך. הוספת מתקן לכידת פחמן לאחר שריפה מגדיל את צריכת האנרגיה למגהוואט חשמל ב-16% בממוצע, ומעלה את מחיר החשמל בכ-50% בממוצע.

2
לכידה לפני שריפה

שיטה זו מבוססת על ייצור מימן בשיטות הנמצאות בשימוש מסחרי נרחב. השיטה מתאימה ללכידת פחמן בתחנות כוח ונמצאת בשימוש בעיקר בתחנות פחמיות בשל שיקולים כלכליים. בשיטה זו, הדלק הראשוני עובר חמצון חלקי או רפורמציה, (steam reforming) ליצירת גז מימן ופחמן חד חמצני. הפחמן החד חמצני מגיב עם הקיטור בתחנת הכוח ליצירת פד”ח, המופרד ומובל לאחסון. לאחר מכן, החשמל מיוצר משריפת גז המימן בתהליך נטול פליטות.

3
Oxy-fuel Combustion

השיטה מבוססת על שריפה של דלקים בסביבה עם ריכוז חמצן גבוה מאוד (95%-99% בנפח). בסביבה זו, כתוצאה משריפת הדלק נפלטים לאוויר בעיקר פד”ח ואדי מים, וריכוזים נמוכים של חלקיקי חומר, גופרית ותחמוצות חנקן.
לאחר סינון של המרכיבים הקיימים בריכוז נמוך, מקררים את הגז הנותר עד לעיבוי של אדי המים. התוצאה היא זרם כמעט נקי של פד”ח, אותו ניתן לדחוס ולהעביר לאחסון. השיטה נמצאת בשלבי הדגמה ראשוניים.

4
הפרדה תעשייתית

הפרדה תעשייתית היא מונח כולל למספר שיטות לכידת פחמן שמיועדות לשימוש במקרים בהם הפד”ח נפלט מתהליכים תעשייתיים וכימיים שונים, ולא מהפקת אנרגיה בשריפת דלקים. מונח זה הוא כללי וכולל בתוכו טכנולוגיות שונות המותאמות לתעשיות שונות, למשל ייצור פלדה ואלומיניום, בטון או אמוניה. בהתאם לסוג התהליך התעשייתי, ניתן להתאים שיטות לכידה דומות לשלוש השיטות הנוספות המתוארות כאן, כאשר ההבדל הוא המקור של הפחמן הנלכד.

לאחר הלכידה בכל אחת מארבע השיטות הללו, נדרש להפריד את הפד”ח מגזים אחרים.
שיטות ההפרדה המרכזיות הן:

ספיגה

מערכות ספיגה מבוססות על תגובה כימית או פיזיקלית שמתרחשת בין הפד”ח לממס נוזלי כלשהו, וגורמת לספיגה של הגז בנוזל. בהמשך התהליך ניתן לחמם את התוצר להפרדה של הפד”ח מהממס ולשימוש חוזר בממס. מערכות ספיגה נמצאות ביישום תעשייתי כבר עשרות שנים, אך קיימים מגוו ממסים פיזיקליים וכימיים חדשניים הנמצאים בפיתוח ולהם רמות TRL נמוכות יותר.

ממברנות

שימוש בממברנות מסוגים שונים על מנת להפריד בין מולקולות הפד”ח למולקולות אחרות. רמת המורכבות והיעילות של המערכות תלויה בסוג הממברנה ובמספר הממברנות המופעלות. מכיוון שהפרדה באמצעות ממברנות מתבססת בחלקה על הפרש ריכוזים בין צידי הממברנה, השיטה יעילה בעיקר במערכות לכידה לפני שריפה, שבהן ריכוז הפד”ח בגז הפליטה גבוה.

ספיחה

ספיחה היא תהליך שבו מולקולות של גז נצמדות למוצק, בשל תגובה כימית או פיזיקלית. קיימות שיטות מבוססות ספיחה שונות ברמות TRL שונות, לפי מאפייני המוצק הסופח, ההתאמה לשיטות לכידה שונות ותעשיות שונות. על מנת ליישם ספיחה בהיקף מסחרי נדרשת יכולת ייצור בקנה מידה רחב של החומר הסופח, ומציאת פתרון לירידה ביכולת החומר לספוח ולשחרר את הפד”ח עם הזמן.

קירור קריוגני

שיטה המבוססת על קירור בלחץ גבוה עד ליצירת פד”ח נוזלי. היתרון בשיטה הוא ביכולת להפריד 99.99% מהפד”ח ברמת ניקיון כמעט מלאה. עם זאת, בשל העלות האנרגטית הגבוהה, השיטה אינה כלכלית. קיימים פיתוחים ב-TRL נמוך המיישמים שיטות היברידיות המשלבות בין קירור קריוגני לשיטות אחרות. קיימים גם פיילוטים ליישום קירור קריוגני בתעשיית הבטון, בה נפלטות כמויות גבוהות במיוחד של פד”ח.

Chemical Looping

טכנולוגיה חדשנית הנמצאת בשלבי פיילוט ראשוניים (5-6 TRL). שיטה זו מיועדת למתקנים בהם נשרף דלק, ובה במקום לחמצן את הדלק באוויר, בתהליך שבסופו פליטות הפד”ח מתערבבות לתוך שאר הגזים באוויר, מחמצנים את הדלק באמצעות מוצק (לרוב מתכת אוקסיד). כתוצאה מהחמצון בתא סגור נוצרים רק אדי מים ופד”ח, ובאמצעות קירור ניתן לעבות את אדי המים ולקבל זרם של פד”ח נקי.

Calcium Looping

טכנולוגיה בשלבי פיילוט (6-7 TRL). שיטה זו מבוססת על שימוש במינרל קלציום קרבונט (CaCO3). בתא אחד (Calcifier) מחומם הקלציום קרבונט עד לפירוקו לפד”ח ו-CaO.
זרם הפד”ח מופרד, וה-CaO מועבר לתא שני (Carbonator) שאליו מוזן גז הפלט. הקלציום אוקסיד מגיב עם הפד”ח בזרם הפלט ליצירת קלציום קרבונט, שמובל חזרה לתא הראשון להפרדה לזרם פד”ח נקי וקלציום אוקסיד.


הסרת פחמן מהאטמוספירה
(CDR – CARBON DIOXIDE REMOVAL)

_______

בניגוד לטכנולוגיות לכידת פחמן, המתמקדות בלכידה של פד”ח בנקודת הפליטה היכן שריכוז הפד”ח גבוה יחסית, טכנולוגיות להסרת פחמן (Removal Dioxide Carbon – CDR) מתייחסות לניסיונות להוריד את ריכוז הפד”ח שכבר קיים באטמוספירה באמצעים טכנולוגיים שונים. שיטות אלו עומדות למול אתגר פיזי בשל הריכוז הנמוך של פד”ח באטמוספירה (סדר גודל של 0.04% לעומת עשרות אחוזים בארובות תחנות כוח ומתקני תעשייה).

יש שתי דרכים עיקריות לסווג את טכנולוגיות ה-CDR השונות:

  1. שיטות המתבצעות ביבשה <–> שיטות המתבצעות באוקיינוסים:
    הדרך האינטואיטיבית להפחית את ריכוז הפד“ח באטמוספירה הוא על ידי הסרה של הגז ישירות משם. עם זאת, כרבע מפליטות הפד“ח לאטמוספירה נספגות באוקיינוסים. סילוק חלק מהפחמן באוקיינוסים יגרום להתמוססות של פד“ח נוסף מהאטמוספירה. כלומר, חלק משיטות הסרת הפחמן כלל אינן עוסקות בהסרת הגז מהאטמוספירה אלא מהאוקיינוס.
  2. שיטות הנדסיות <–> שיטות טבעיות:
    חברות רבות עוסקות בפיתוח אמצעים הנדסיים להפרדת הפד“ח מהאטמוספירה או האוקיינוס. במקביל, קיים פוטנציאל משמעותי ל-CDR באמצעות “טכנולוגיות“ טבעיות – עצים, ביצות, אצות וכו.‘

בדוח World Resources Institute, State of Climate Action 2022, עמ’ 134. ניתן לצפות בדיאגרמה המראה את כלל שיטות ה-CDR הקיימות לפי הסיווגים שנסקרו. מכיוון שסקירה זו היא טכנולוגית במהותה, העמוד הבא ירחיב אודות השיטות ההנדסיות העיקריות, ולא יעסוק בהרחבה בשיטות טבעיות.


הסרת פחמן מהאטמוספירה – שיטות הנדסיות

_______

DACCS- Direct Air Capture with CCS (TRL 6)

לפי ה-IEA באפריל 2022 היו ברחבי העולם 18 מתקני DAC פעילים, רובם קטנים. הגדול שבהם, שנמצא באיסלנד ומופעל על ידי חברת Climeworks השוויצרית, לוכד 4,000 טון פד”ח בשנה ומאחסן אותו באמצעות מינרליזציה. המתקן הגדול הראשון בעולם שיסיר מגה טון פד”ח בשנה מוקם בארה”ב בשיתוף חברת Carbon Engineering וצפוי לפעול באמצע העשור. חברה מובילה נוספת היא Global Thermostat, המקימה מתקנים בצ’ילה. שתי השיטות המתקדמות ביותר לביצוע DAC הן DAC מוצק, המבוסס על ספיחה (S-DAC) ו-DAC נוזלי המבוסס על ספיגה (L-DAC). שיטת DAC נוספות שנמצאות היום ב-TRL נמוך יותר הן ממברנות ו-ESA – Electro Swing Adsorption, המתבססת על אלקטרודה שסופחת פד”ח כשהיא טעונה שלילית ומשחררת אותו בטעינה חיובית.
הבעיה העיקרית עם DAC היא העלות הגבוהה שנובעת מהריכוז הנמוך מאוד של פד”ח באטמוספירה, בגללו נדרשת כמות גבוהה מאוד של אנרגיה לביצוע ההפרדה. טרם ברור מה יהיה המחיר להסרת טון פד”ח במתקנים בסקלה מסחרית (שלא קיימים היום), וההערכות נעות בכל הטווח שבין 100$ ל-1000$ לטון. המחיר הסופי של הטכנולוגיות השונות יקבע במידה רבה את היקף היישום שלהן.

(BECCS – Bio Energy with CCS (TRL 5-6

BECCS היא תת טכנולוגיה ספציפית בתחום לכידת הפחמן הנפלטת מאנרגיה המופקת מביומסה. קונספטואלית, BECCS מהווה מקור לאנרגיה עם טביעת רגל פחמנית שלילית: בזמן גידול ביומסה פד”ח אטמוספירי מקובע לצמחייה, ולאחר מכן הוא נשרף ליצירת אנרגיה במתקן עם לכידת פחמן שמונעת הגעה של הפחמן מהביומסה חזרה לאטמוספירה. תיאורטית, כך ניתן לייצר אנרגיה ולהסיר פחמן מהאטמוספירה בבת אחת. בשל הפוטנציאל התיאורטי הזה, הרבה ארגונים מניחים שיהיה שימוש נרחב ב-BECCS בעתיד שבו נגיע למצב של אפס פליטות פד”ח נטו. למשל, במודלים של ה-IEA מראים כי יש צורך להסיר עד 2030 190 מגה-טון פד”ח בשנה בטכנולוגיה זו. בפועל, ההקמה בפועל של מתקנים רחוקה מהיעד, ועד 2030 צפויים לפעול מתקנים בהיקף של רק 50 מגה טון (בהסתמך על פרויקטים שנמצאים בהפעלה או הקמה כיום). בין השחקנים המשמעותיים בשוק ניתן למנות את חברת אורסטד שמקימה פרויקט גדול בדנמרק, ומספר פרויקטים של חברת Drax בהקמה בבריטניה. עם זאת, ארגוני סביבה וחוקרים מזהירים מכך שהתועלת האקלימית של הטכנולוגיה תלויה בגידול של הביומסה המשמשת לשריפה באופן שאינו גורם להרס מערכות אקולוגיות או פגיעה בקרקע.

בלייה מוגברת
Enhanced Weathering
TRL 3-4

בלייה היא תהליך טבעי שבמסגרתו סלעים מתפרקים למינרלים המרכיבים אותם ומתמוססים במים. אחד הגורמים לבלייה הטבעית של המסלע בכדור הארץ היא חומצה פחמתית, שנוצרת מהתמוססות של פד”ח מהאטמוספירה במים. בתהליך התגובה של החומצה הפחמתית מגיבה עם המינרלים במסלע באופן שמקבע פחמן באופן טבעי. באופן טבעי תהליך זה מתבצע בפרקי זמן ארוכים מאוד. בלייה מוגברת היא טכנולוגיה מוצעת שבמסגרתה התהליך הטבעי יואץ באמצעים שונים, למשל על ידי פיזור של מינירלים באבקה כדי לגרום להתמוססות מוגברת ביחס למסלע טבעי.

העלאת pH באוקיינוסים
Ocean Alkalinization
TRL 1-2

חלק משמעותי מהפד”ח שנפלט לאטמוספירה מתמוסס באוקיינוסים, היכן שהוא הופך לחומצה פחמתית ולביקרבונט וגורם להחמצת האוקיינוסים. ריכוז הפחמן בצורותיו השונות באוקיינוסים נקבע על ידי שיווי המשקל הכימי בין מספר תגובות שונות המתרחשות ביניהם. באופן תיאורטי, העלאת ה-pH של האוקיינוסים באמצעות הזרמת חומר בסיסי, תגרום לתגובת חומצה-בסיס שתנטרל חלק מהחומצה הפחמתית, ותגרום להסטת שיווי המשקל הכימי באוקיינוס ליצירת חומצה נוספת מתוך הפד”ח המומס, וכך להתמוססות של פד”ח נוסף מהאטמוספירה. טכנולוגיה זו נמצאת כיום בשלבי מחקר ראשוניים, וטרם ברור אם יש ישימות בפועל לשימוש בשיטה.

דישון אוקיינוסים
Ocean Fertilization
TRL 1-2

מיקרובים מסוג פיטופלנקטון מהווים את הבסיס לשרשרת המזון באוקיינוס. הפיטופלנקטון מייצרים אנרגיה באמצעות פוטוסינתזה, בתהליך שמקבע פד”ח. כמות הפיטופלנקטון במים וכמות הפד”ח שמוקבע על ידם נקבעים על ידי הזמינות במים של נוטריינטים כמו ברזל, חנקן וזרחן. לכן מוצע שיתכן שניתן לדשן את המים בנוטריינטים אלו, על מנת להגביר את קצב גידול הפיטופלנקטון, שיוביל ליצירה של יותר ביומסה באוקיינוס שתשקע לתחתית האוקיינוס, היכן שהפחמן יקובע לטווח ארוך. מחקרים שבוצעו בתחום העלו תוצאות מעורבות ולא ברור עד כמה היא ניתנת ליישום נרחב.

שינוע, אחסון ושימוש בפחמן דו חמצני

_______

שינוע פד”ח:

לפני הגעה לשימוש בפד”ח או אחסון שלו, נדרשת הובלה של הפד”ח למקום האחסון/שימוש.
האופציות העיקריות הן הובלה באמצעות צינורות גז, או באמצעות קירור הגז לנוזל ושינועו בספינות או משאיות. ההובלה בצינורות דורשת השקעה משמעותית בתשתית, אך לאחר הקמת התשתית היא זולה יותר כיוון שהובלה בספינות או משאיות דורשת שימוש באנרגיה רבה לקירור. טכנולוגיות הובלה באמצעות לא ידונו בהרחבה בסקירה זו מכיוון שהן כבר נמצאות ביישום נרחב בתעשייה להובלה של גזים אחרים (בהם גז טבעי), ולכן לא נדרשת חדשנות טכנולוגית משמעותית בסגמנט זה. במספר מקומות בעולם כבר פועלות תשתיות לשינוע פד”ח, לדוגמה באלברטה, קנדה, שם פועל ה-ACTL צינור המיועד לאיסוף פד”ח ממפעלים באזור והעברתו לשימוש בתעשיית הנפט (ראו בעמוד הבא הרחבה אודות שימושים). כיום, בצינור שאורכו 240 ק”מ מועברים 1.6M טון פד”ח בשנה, מתוך קיבולת אפשרית כוללת של 14.6M טון.

אחסון גיאולוגי:

הפוטנציאל הגדול ביותר לאחסון פד”ח הוא בתת הקרקע, בשכבות גיאולוגיות בהן יש חדירות גבוהה (כלומר המסלע מחורר ומאפשר כניסה של גזים או נוזלים). לפי הערכות שונות, באחסון גיאולוגי יש פוטנציאל לאחסון של יותר מטריליון טון פד”ח. בין היתר, ניתן להחדיר פד”ח לאחסון בבארות נפט וגז נטושות, באקוויפרים של מים מליחים ובשכבות מסלע בזלתי מסוגים שונים. מבין האפשרויות השונות, רק אחסון באקוויפרים מליחים נמצא בשימוש נרחב במתקנים קיימים בעולם, והיתר נמצאים בשלבי פיתוח ופיילוט שונים. קיימים אתגרים רבים בדרך לאחסון פד”ח בסקלה משמעותית, בהם עלות, צורך בתשתיות ובשיתוף פעולה בינלאומי (כיוון שפוטנציאל האחסון אינו מפוזר באופן שווה בעולם). עם זאת, רבות מהטכנולוגיות  הנדרשות  לסגמנט  זה  קיימות  כבר  בתעשיית  הנפט  והגז.  לפי  מאגר  משרד  האנרגיה האמריקאי (DOE) העוסק ב-CCS, קיימים בעולם 100 פרויקטים פעילים או בשלבי הקמה בתחום האחסון. אחד מהמוקדים של הפעילות הגלובלית בתחום הוא בים הצפוני, שם מוקמים פרויקטים משמעותיים על ידי דנמרק, נורווגיה ועוד.

שימוש בפד”ח:

אחסון גיאולוגי בהיקף נרחב לא יתרחש ללא סבסוד ממשלתי או דרישה רגולטורית מחברות מזהמות לדאוג ללכידה ואחסון הפד”ח שהן פולטות, מכיוון שבפני עצמו אחסון פד”ח אינו מוצר בעל ביקוש. מסיבה זו, בשנים האחרונות נצפית פעילות מו”פ רבה בתחום השימוש בפחמן, בניסיון למצוא שוק שבו ניתן למכור מוצרים המיוצרים מפליטות פד”ח שנלכדו, וכך לתמרץ את תחום לכידת הפחמן. סקטור זה יכול להיות אטרקטיבי במיוחד ליזמים טכנולוגיים ומשקיעי הון סיכון, מכיוון שיש פוטנציאל למכירת מוצרים שהם גם מועילים וגם מגיעים עם “בונוס” בדמות הפחתת ריכוז הפד”ח באטמוספירה. עם זאת, חשוב להבהיר כי התועלת האקלימית של שימוש בפד”ח תלויה בסוג המוצר ובשימוש שיעשה בו, ורבים מהשימושים המוצעים לפד”ח צפוים לגרום לפליטות גזי חממה בהמשך התהליך. למשל, שימוש בפד”ח לייצור דלקים סינטטיים יכול להיחשב כתהליך מאופס פליטות (Net Zero), אבל בסוף התהליך הדלק המיוצר צפוי להישרף ולפלוט את הפד”ח הלכוד שיצר אותו. מסיבה זו, נהוג לראות בשימוש בפחמן תהליך שיתרום לשוק הפחמן, אך לא יחליף אחסון גיאולוגי ארוך טווח.


שימושים בפד”ח – עקיפים וישירים

_______

שימושים ישירים בפד”ח

יש מספר תעשיות שעושות שימוש בפד”ח כבר היום. הגדולה מבינהן היא תעשיית הדשנים, בה נעשה שימוש בפד”ח על מנת לייצר אוריאה מאמוניה. התעשייה השנייה בגדולה שעושה שימוש בפד”ח היא תעשיית הגז והנפט להגברת תפוקת בארות, בתהליך שנקרא EOR – Enhanced Oil Recovery. בתהליך זה הגז נדחס לתוך בארות נפט על מנת “לדחוף החוצה” יותר נפט גולמי ולהגביר את התפוקה. שיטה זו מהווה אחסון קבוע לפד”ח, אך התועלת הסביבתית שלה נתונה לויכוח כיוון שתוצאתה היא הפקה של דלק פוסילי חדש ששריפתו תוביל לפליטת פד”ח נוסף. עם זאת, ניתן לטעון שהואיל והנפט היה מופק כך או כך, שימוש בפד”ח ל-EOR הוא השיטה העדיפה בהשוואה לשיטות אחרות להגברת יעילות בארות כמו הזרקת מים או שימוש בשיטות כימיות בהן אין קיבוע של פחמן. תעשיות נוספות העושות שימוש בכמויות קטנות של פד”ח הן תעשיות המזון והמשקאות הקלים (לצורך ההגזה). שימושים פוטנציאליים נוספים לפד”ח הם כחומר קירור (Refrigerant) וכדי להגביר תפוקה חקלאית של גידולים בחממות או בבריכות גידול אצות (הגדלת ריכוז הפד”ח באוויר מגבירה את קצב הפוטוסינתזה).


שימושים עקיפים בפד”ח

בנוסף לשימוש ישיר בפד”ח בתעשיות הנ”ל, ישנם שימושים עקיפים לפד”ח, בהם בתהליכים כימיים שונים מייצרים מהפד”ח חומרים אחרים שיש להם תועלת תעשייתית. השימושים העקיפים ממוקדים בשלוש תעשיות:

  1. חומרי בנייה: תעשיית הבטון אחראית ל-8%-7% מפליטות גזי החממה בעולם. כיוון שחלק משמעותי מפליטות אלו מקורן בתגובות הכימיות שאחראיות לייצור הבטון, יש מעט דרכים פוטנציאליות להפחתת הפליטות במקור בתעשייה זו, ולכן היא צפויה להיות שוק גדול לטכנולוגיות לכידה ושימוש בפחמן. שיטה מבטיחה אחת להשתמש בפד”ח בייצור בטון היא Carbon Curing, שיטה שבה לאחר הערבוב של המלט, המים והאגרגטים ליצירת הבטון מזרימים לתוך התערובת גז פד”ח. הפחמן נקשר לסידן שבמלט ליצירת קלציט, מינרל המוסיף לחוזק הבטון. באופן זה הפחמן מוסר לצמיתות מהאטמוספירה, מכיוון שגם אם הבטון ייהרס בעתיד הפחמן ישאר כלוא בצורת מינרל. בין החברות בסקטור זה ניתן לציין את CarbonCure ואת Solidia. שימוש נוסף לפד”ח בתעשיית הבנייה הוא באמצעות מינרליזציה של פחמן אטמוספירי, ליצירת חומרים שניתן לערבב לתוך תערובת הבטון להחלפת חלק מהמלט או האגרגטים, כפי שמתבצע בחברות כמו Carbon8.  עם זאת, יש לציין שהטכנולוגיות הללו נמצאות כיום בשלבי פיילוט נרחבים אך טרם מיושמות באופן נרחב, וקיימים ספקות בנוגע לטענות שניתן באמצעות טכנולוגיות שימוש בפד”ח לייצר בטון עם אפס פליטות גזי חממה נטו.
  2. פולימרים: תחום נוסף שצובר תאוצה הוא שימוש בפחמן ליצירת פולימרים סינטטיים לצרכים שונים. ככלל, תוצרים אלו אינם תחרותיים במחיר עם מקביליהם שאינם מבוססים על שימוש בפד”ח שנלכד מהאטמוספירה. בין הדוגמאות הבולטות בתחום ניתן למנות את חברת Newlight המייצרים ביופולימר היכול לשמש כתחליף לפלסטיק, Fairbrics ו-RUBI, שני סטארטאפים המפתחים טכנולוגיות לייצור סיבים לבגדים מפחמן אטמוספירי ו-Twelve, חברה המפתחת שורת מוצרים מפד”ח אטמוספירי, כולל בין היתר עדשות משקפיים.
  3. כימיקלים ודלקים סינטטים: קיים פוטנציאל להשתמש בפד”ח ליצירת כימיקלים כמו פחמן חד חמצני, מתנול וחומצה פורמית, המשמשים כחומרי ביניים כימיים (Chemical Intermediaries) לצורך ייצור של כימיקלים אחרים בתעשייה הכימית. בנוסף, ניתן לייצר באמצעות פד”ח כימיקלים המשמשים כדלקים, למשל אתנול, מתאנול ומתאן (גז טבעי). הייצור יכול להתרחש בתהליכים כימיים או ביולוגיים (ע”י מיקרובים). בין החברות המובילות בסקטור ניתן למנות את Lanzatech (ייצור אתנול בשיטות ביולוגיות), Carbon Recycling International (ייצור מתאנול בשיטות כימיות), ו-Prometheus Fuels (ייצור אתנול בשיטות כימיות).


דוגמאות להשקעות ומתקנים בעולם

_______


השקעות ממשלתיות:

האיחוד האירופי

קיימים שני מסלולים עיקריים לתמיכה ב-CCS ו-CDR באיחוד האירופי:

  • תמיכה במו“פ דרך תכנית Horizon Europe ותמיכה בתחום ההובלה של פד”ח (לצורך אחסון) במסגרת מימון לתשתיות.
  • בנוסף, קיים פורום CCUS המתכנס אחת לשנה ועוסק בקידום הרגולציה והיישום הטכנולוגי של התחום באירופה.

ארה”ב – $3.5B למימון CDR

  • במסגרת חוק התשתיות שעבר בקונגרס ב-2021 (Bipartisan Infrastructure Law), משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) הכריז על כוונה להעביר תקציב של 3.5 מיליארד דולר למימון ארבעה האבים מקומיים שבכל אחד יהיו מתקני הסרת פחמן מהאטמוספירה (DACCS).
  • בנוסף, מוענק מימון למו”פ המבוצע על ידי חברות בתחום, ותכניות נוספות.

בריטניה – GGR Competition

  • ב-2020 הוכרזה השקעה של £100M בתחרות לחברות שיציעו פתרונות להסרת גזי חממה מהאטמוספירה. התחרות התבצעה בשני שלבים, כאשר ביולי 2022 נבחרו החברות שהמשיכו לשלב השני של התחרות. על החברות שזכו במימון בשלב השני להשלים את ביצוע הפרויקטים עד מרץ 2025.



השקעות פרטיות:


Frontier

יוזמה להתחייבות מוקדמת לרכישת קרדיטים ללכידת פחמן בסך של מעל מיליארד דולר, בהשתתפות של חברות רבות ובהובלת גוגל, מטא, שופיפיי, מקינזי וסטרייפ. לא מדובר בקרן השקעות, אלא בהתחייבות לרכישה (advance market commitment).
Frontier מאגדת התחייבויות לרכישה מחברות רבות, מסננת חברות המציעות הסרת פחמן מהאטמוספירה בשיטות שונות ומתחייבת לרכוש מהם קרדיטים במחיר מסוים. באופן זה, לחברות העוסקות במו”פ חדשני יש התחייבות לרכישה מראש, וכך מתאפשר מימון פשוט יותר להקמת התשתיות הנדרשות לביצוע לכידת הפחמן.


Xprize Carbon

תחרות של ארגון Xprize בסך של $100M  לחברה  שתדגים  שיטה  ללכידת  פחמן מהאטמוספירה או מהאוקיינוסים בהיקף של לפחות 1000 טון בשנה, עם תכנית ללכידת ג’יגהטונים בעתיד.

סיכום ומסקנות

_______

בסקירה זו נבחנו טכנולוגיות העוסקות בלכידת פחמן, אחסונו ושימוש בו. הסקירה עוסקת בשני תחומים הקשורים ללכידת פד”ח אך שונים זה מזה:

  1. לכידת פד”ח בנקודת הפליטה: טכנולוגיות אלו עוסקות בלכידת פליטות ממפעלים או תחנות כוח, ומהוות טכנולוגיות המאפשרות הפחתת פליטות פדח חדשות.
  2. הסרת פד”ח אטמוספירי: טכנולוגיות אלו עוסקות בהסרת הפד”ח שכבר נמצא באטמוספירה על ידי האצת תהליכים טבעיים או על ידי מתקנים הנדסיים המסננים אותו מהאטמוספירה. טכנולוגיות אלו מאפשרות את הקטנת ריכוז הפדח שכבר קיים באטמוספירה.

נבחנו הטכנולוגיות השונות המאפשרות לכידת פד”ח בנקודת הפליטה והסרת פד”ח אטמוספירי. ככלל, הטכנולוגיות ללכידת פד”ח נמצאות ב-TRL מתקדם יותר ונמצאות ביישום נרחב יותר בעולם כיום.

טכנולוגיות ללכידת והסרת פדח הן חלק קריטי מסל הכלים שיאפשר לפעול להקטנת ההשפעות השליליות של שינויי האקלים, ולכן הפוטנציאל שלהן כטכנולוגיות משבשות גבוה. לטכנולוגיות ללכידת פד”ח בנקודת הפליטה יש חשיבות כפתרון לתעשיות בהן קשה מאוד להפחית את פליטות הפד”ח (בהן תעשיות הבטון והפלדה). טכנולוגיות להסרת פד”ח יוכלו לאפשר שמירה על יעדי הסכם פריז של האו”ם (מניעת התחממות של מעל 2 מעלות צלזיוס ושמירה על 1.5 מעלות ככל האפשר), למרות שמאז החתימה עליו בשנת 2015 פליטות גזי החממה הגלובליות עלו. לפי דו”ח ה-IPCC האחרון שפורסם ב-2022, כל התרחישים המאפשרים שמירה על 1.5 מעלות דורשים מידה כזו או אחרת של הסרת פד”ח אטמוספירי בשיטות טכנולוגיות.


לאחר לכידת או הסרת הפד”ח מהאטמוספירה, יש שני כיווני פעולה אפשריים:

  1. אחסון:  אחסון  פד”ח  באקוויפרים  גיאולוגיים  או  בשדות  גז  ונפט  נטושים  מאפשר  הרחקה  שלו מהאטמוספירה לטווח הרחוק.
  2. שימוש: שימוש בפד”ח כחומר גלם בתעשיות שונות, למשל לייצור חומרי בנייה, דלקים או כימיקלים סינתתיים ופולימרים שונים. לחלופין, ניתן לעשות שימוש בגז הפד”ח ישירות בתעשיית הדשנים, להגברת תפוקות בארות נפט, להעשרת חממות או כגז קירור.

הן לשימוש בפד”ח והן לאחסונו יש יתרונות וחסרונות. יתרונו של השימוש בפדח הוא בייצור מוצרים חליפיים לכאלה שיש להם ביקוש כבר כיום, כמו פולימרים וכימיקלים. חסרונו של התחום הוא שחלק מהפד”ח המקובע במוצרים עלול להיפלט חזרה לאטמוספירה בעת השימוש בהם. יתרונו של אחסון פד”ח גיאולוגי הוא בקיבולת הפוטנציאלית הגבוהה מאוד בעולם, ובאפשרות לקיבוע לטווח ארוך. חסרונו של האחסון הוא, שעל מנת ליצור שוק בו יהיה ביקוש מצד חברות לשלם על אחסון הפד”ח שלהן, תידרש פעילות רגולטורית שתחייב או תעודד זאת.

בשנים האחרונות ניתן לראות התעוררות וצמיחה בתחום הקרבונטק. בעולם ישנן השקעות בתחום הן מצד ממשלות והן מצד חברות פרטיות, המתחייבות לשלם על הסרת פד”ח אטמוספירי בשיטות חדשניות כחלק מהתחייבויות האקלים שלהן. בעת כתיבת סקירה זו, זוהו 15 חברות ישראליות בתחום הנסקר. בסקירה שפורסמה לפני שנה וחצי הופיעו רק 6 חברות ישראליות בתחום. רבות מהחברות להלן הוקמו בשנתיים האחרונות, וחברות נוספות שהיו קיימות קודם לכן נכנסו לתחום הקרבונטק בנוסף לתחומים שעסקו בהם קודם (למשל Groundworks Bioag ו-Bluegreen Water Technologies).

בנוסף, קיימים בישראל שני פורומים העוסקים בקרבונטק: הפורום האקדמי הישראלי לקיבוע פחמן, ו-Climate Net קהילת קיבוע הפחמן הישראלית. לאור הצמיחה המהירה של התחום בשנים האחרונות ומגמת השינויים הרגולטוריים בתחום באירופה, אמריקה הצפונית ואסיה, ניתן לצפות כי החברות והמשקיעים הראשונים בטכנולוגיות לכידה, אחסון, ושימוש בפחמן יהיו אלה שיובילו את השוק.


* כל המובא במאמר זה נכון ליום כתיבתו ובהתאם לנתונים אשר עמדו בפני מחבר המאמר. רשות החדשנות או מי מטעמה אינם נושאים באחריות כלשהי לנכונות אמיתות ו/או דייקנות הנתונים, כולם או חלקם. המאמר מתפרסם כהעשרה לציבור ואין לעשות בו שימוש מסחרי כלשהו, ובכלל זה, לצורך מכירתו, הפצתו/הצגתו.



רשות החדשנות
רשות החדשנות

עוד פוסטים שיכולים לעניין אותך