אנרגיה מתחדשת

חלוקה עולמית של מקורות אנרגיה מתחדשת נכון לשנת 2005 (נתונים משנת 2004 מסומנים ב* או **). רוב האנרגיה המתחדשת הופקה בעבר מאנרגיה הידרואלקטרית ולאחריה אנרגיה מביו מסה, וכיום יחס זה התהפך, עם זאת יש לשים לב כי כמות ההתקנה של אנרגיית רוח גדלה פי 4 בין השנים 2000 ו-2006, כך שתרשים לא בהכרח מייצג את החלוקה היום.

אנרגיה מתחדשת (באנגלית: Renewable energy) היא אנרגיה שמקורה בתהליכי טבע מתמשכים שאינם מתכלים כתוצאה מרתימת האנרגיה האצורה בהם. מקורות אנרגיה מתחדשים נבדלים מממקורות אנרגיה מתכלים כגון דלק מאובנים (נפט גז טבעי ופחם), ואנרגיה גרעינית, שהשימוש בהם כרוך בהקטנה משמעותית של מאגר האנרגיה הזמינה האצורה בהם.

מקורות של אנרגיה מתחדשת כוללים בראש ובראשונה את האנרגיה הסולארית, ואת מקורות האנרגיה שמקורם באצירה וגלגול של אנרגיה זו, כגון אנרגיית רוח, אנרגיית גלים, הפקת אנרגיה מתהליכים ביולוגים כמו ביו דיזל ואנרגיה הידרואלקטרית. מקורות נוספים של אנרגיה מתחדשת כוללים אנרגיה גאותרמית שמקורה במאגר החום הפנימי של כדור הארץ; ואנרגיית גאות ושפל כתוצאה מכוחות המשיכה של הירח והשמש.

בעולם יש בשנים האחרונות דיון סוער בשאלות סביב אנרגיה מתחדשת כמו מהם הטכנולוגיות המבטיחות ביותר בתחום מבחינת יעילות אנרגטית, מחיר כלכלי, יכולת אגירת האנרגיה, ועוד. יש גם מגמה של הגברת העניין בתחום של משקיעים, צרכנים, מחוקקים התעשייה והתקשורת, על רקע נזקים שונים של אנרגיות מתכלות כמו התחממות עולמית, זיהום אוויר, צפי להתייקרות מחירי האנרגיה שמקורה בדלק מחצבי (שיא תפוקת הנפט), דליפות נפט והשפעות גאופוליטיות של נפט. העניין גובר גם בשל שיפורים טכנולוגיים שגורמים להוזלה של טכנולוגיות מרכזיות כמו לוחות סולאריים, טורבינות רוח ואגירת אנרגיה. כתוצאה מהיבטים אלה יש עליה בהשקעות הן בפיתוח אנרגיות מתחדשות והן ביישום שלהן במקומות שונים בעולם.

בעיות של דלקים מתכלים

ערך מורחב – דלק מחצבי

מלבד העובדה שדלקים מתכלים הם בעלי מלאי מוגבל והם צפויים לאזול יום אחד, הם צפויים גם להתייקר בגלל ההתייקרות של החזר אנרגיה על השקעת אנרגיה - כאשר מלאי של משאב מוגבל מתקרב לקיצו העלות האנרגטית של הפקתו מתייקרת, דבר שעשוי לייקר גם את העלות הכלכלית של הפקת משאב האנרגיה.

דלקים מתכלים הם גם בעלי השפעות סביבתיות שליליות גבוהות. נפט פחם וגז פולטים גזי חממה, פחם ונפט תורמים רבות לזיהום אוויר, הם גם תורמים לזיהום ים ולזיהום מים. אנרגיה גרעינית כרוכה בסכנה של זיהום רדיואקטיבי, ובצורך לטפל בפסולת הגרעינית ובכורים הגרעיניים הישנים במשך אלפי שנים.

אופי החלוקה של הדלקים המחצביים גורם לבעיות חבריות וגאו פוליטיות. רובם מרוכזים בכמות קטנה של מדינות בעלות אופי לא דמוקרטי, והמאבקים סביבם גורמים לסכסוכים ומלחמות (כמו המלחמות בעיראק) וכן הסדרים כלכליים-מדיניים המסייעים לתמיכה בטרור - ראו השפעות גאופוליטיות של נפט.

השימוש באנרגיה גרעינית בטכנולוגיה הקיימת כיום בצורה מסחרית (המבוססת על אורניום) כרוך בסיכונים של תקלה בכורים גרעיניים, טרור גרעיני, ייצור של נשק גרעיני, ומלחמה גרעינית שלכולם יש השלכות סביבתיות קשות ומהוות בעצמן סכנת קיימות. קיימות תוכניות גם בתחום זה כמו כורי תוריום וכן אנרגיית היתוך אבל שני תחומים אלה הם לא בעלי בשלות טכנולוגיות או מסחרית.

סוגי אנרגיה מתחדשת

אנרגיית שמש

ערך מורחב – אנרגיה סולארית

רוב האנרגיה המתחדשת מקורה באנרגיית שמש וגלגוליה. אנרגיית השמש מחממת את כדור הארץ כולו, ותומכת בתהליכי פוטוסינתזה שמהווים מקור מזון ראשוני לכלל היצורים החיים. בנוסף הבדלים בקרינת השמש גורמים לדפוסי אקלים, ומאפשרים קיום של רוח, זרמים בים, גלים ומשקעים (שמאפשרים בתורם קיום של אגמים ונהרות). לפיכך אנרגיה הידרואלקטרית, אנרגיית רוח, ואנרגיית גלי ים הם בעיקרם גלגולים של אנרגיית השמש. באופן דומה גם ביו-מאסה היא גלגול של אנרגיית השמש.

רק חלק קטן מאנרגיית השמש מנוצל על ידי היצורים החיים, ובאופן דומה רק חלק קטן מאנרגיית השמש לסוגיה מנוצלים על ידי האדם.

רוב הדלקים המחצביים - פחם, נפט וגז מקורם בצמחים וביצורים אחרים שניזונו בעבר מאנרגיית שמש. זוהי אפוא "אנרגיית שמש מרוכזת". אבל לשם הפקת מחצבים של אנרגיה זו נדרשו עשרות מיליוני שנים בעוד שבני אדם מכלים אותם בקצב גבוה בהרבה. בקצב הנוכחי ידרשו עשרות שנים בלבד לכלות את כלל מלאי הדלק המחצבי, כך שקצב הכילוי גבוה פי מיליון מקצב היצירה שלהם.

אנרגיית רוח

ערך מורחב – אנרגיית רוח

אנרגיית רוח היא סוג של "אנרגיית שמש מרוכזת". ההבדלים בחימום של שטחים שונים של כדור הארץ יוצרים הבדלי לחץ אוויר ואלו, יחד עם סיבוב כדור הארץ ודפוסים טופוגרפיים גורמים לזרימה של רוחות. טורבינת רוח היא הטכנולוגיה העיקרית המשמשת בני אדם כדי לרתום את אנרגיית הרוח להפקת חשמל.

אנרגיה הידרואלקטרית

ערך מורחב – אנרגיה הידרואלקטרית

אנרגיה זו נוצרת כיום על ידי הקמת סכרים על נהרות גדולים. רוב הנהרות הגדולים בעולם המתאימים למטרה זו כבר נסכרו בפרוייקטים ענקיים בארצות הברית, סין, מצרים ועוד. מקורם של הנהרות הוא בגשם שיורד כתוצאה מאידוי מי ים על ידי אנרגיית השמש. אנרגיה הידרואלקטרית טומנת בחובה בעיות של הצפת אזורים נרחבים, סכנת הצפת אזורים לאחר הגשרים ובעיות סחף.

ביו דלקים

ערך מורחב – ביו דיזל

ביו מאסה היא שימוש בדלקים ממקור צמחי. תוצרי חקלאות כמו חיטה כוללים לא רק גידול של זרעים אלא גם כמויות גדולות של קש. באופן דומה יש תוצרי לוואי של חקלאות שמתאימים לשריפה. שריפה של ביומאסה בתהליך מבוקר מאפשרת לרתום אנרגיה לצורכי חימום. בנוסף יש כיום גידולים שונים המייצרים שמן כגון ביו דיזל שיכולים להתאים כתחליף לנפט. קיימות בעיות לצורה זו של דלק היות והיא מתחרה על משאבים לגידולי מזון עבור בני אדם. כמו כן לא ברור כמה אנרגיה מרווחים מכך שכן הפקת הדלק הצמחי כרוכה גם היא בהשקעת אנרגיה בדמות הפקת דשנים, חומרי הדברה וכו'.

אנרגיה גאותרמית

ערך מורחב – אנרגיה גאותרמית

אנרגיה גאותרמית היא אנרגיה שמקורה בחום הפנימי של כדור הארץ.

אנרגיית ים

ערך מורחב – אנרגיית ים

בנוסף לאנרגיית גלי ים שמקורה הוא בעצם באנרגיית שמש, יש מקומות בהם ניתן לנצל תכונות נוספות של הים כמו אנרגיית גאות.

בעיות של אנרגיה מתחדשת

בעיית זמינות האנרגיה

מאפיין מרכזי של אנרגיות מתחדשות מרכזיות כמו אנרגיית שמש, אנרגיית רוח ואנרגיית גלים היא שזמן שבו הצרכנים רוצים את האנרגיה הוא לאו דווקא הזמן שבו האנרגיה היא זמינה. אנרגיה סולארית (מייצור מקומי) אינה זמינה בלילה ואינה זמינה גם בימים שבהם יש כיסוי עננים (דבר נפוץ למדי במדינות קרובות יותר לקטבים כמו צפון אירופה ואמריקה הצפונית). אנרגיית רוח זמינה רק כאשר יש רוח.

כדי להתמודד עם בעיית הזמינות של אנרגיה יש מספר אפשרויות. אפשרות אחת היא אגירת אנרגיה על ידי אמצעים פיזיים, או כימיים. יש מגוון גדול של טכנולוגיות שנמצאות בפיתוח. עם זאת כל המרה של אנרגיה כרוכה בהכרח בהפסד אנרגיה, ולכן אנרגיה שמומרת מאמצעי ייצור האנרגיה אל מדיום האגירה ואנרגיה שמומרת בחזרה אל הצרכן כרוכה בהכרח באובדן אנרגיה משמעותי. תחום זה נראה מבטיח - לדוגמה איילון מאסק השתמש בסוללת ליתיום-יון כדי להתמודד עם משבר אנרגיה בדרום אוסטרליה. [1]

פתרון אחר הוא תמהיל אנרגיה נוסף הוא שימוש באנרגיות רוח ושמש - לפחות בחלק מהמדינות בימים וזמנים שאין שמש - בלילה ובחורף - יש יותר אנרגיית רוח. עם זאת קשה לסמוך על פתרון זה באופן בלבדי משום שיש ימים ולילות שאין רוח וגם אין שמש.

אפשרויות אחרות הן מכירת אנרגיה עודפת למדינות אחרות - ושימוש בתמהיל אנרגיה של אנרגיה מתחדשת ומתכלה - לדוגמה שוק האנרגיות המתחדשות בגרמניה מוכר את עודפי האנרגיה שלו לצרפת בשעות השיא, ומקבל מצרפת בחזרה אנרגיה גרעינית עודפת בשעות ובימים אחרים. החסרון של פתרון זה הוא שהוא מהווה חסם עליון לכמות האנרגיה המתחדשת שניתן להפיק באזור מסויים.

יש מדענים המדברים על שינוע אנרגיה לטווח רחוק - כך אנרגיית שמש שמיוצרת במדבר סהרה תוכל בעקרון לספק אנרגיה למדינות אירופה. באופן זה ניתן להתגבר על היבטים כמו כיסוי עננים. כמו כן תמיד יש אזורים בהם יש שמש ודבר זה יכול להקטין בעיות של שימוש באנרגיה סולארית בלילה. עם זאת הובלה כזו אינה דבר פשוט או זול והיא כרוכה בהפסדי אנרגיה גדולים. היא יכולה בעקרון להרוויח גם משילוב עם אגירת אנרגיה - טכנולוגיה כזו אינה בשלה עדיין מבחינה טכנולוגית או מסחרית.

צריכת משאבים מתכלים

פיתוח של אנרגיה מתחדשת עדיין דורש לעיתים קרובות משאבים מתכלים. הפקת בטון ופלדה לשם תרנים לטורבינות רוח לדוגמה דורשים חומרי גלם שיש לכרות או למחזר. בנוסף נדרשת אנרגיה שלרוב מקורה בדלק מחצבי כדי להפיק את חומרי הגלם ולייצר את המתקנים. גם לאחר שלב הייצור יש עלויות תחזוקה למתקנים ודבר זה דורש אנרגיה.

המדד של החזר אנרגטי בודק כמה אנרגיה נדרשת לשם הפקת כמות אנרגיה נתונה. לרוב אנרגיה מתחדשת היא בעלת מדד החזרי אנרגטי חיובי - כלומר היא מפיקה יותר אנרגיה ממה שמושקעת בה. עם זאת דבר זה תלוי במיקום של האנרגיה המתחדשת ובסוג הטכנולוגיה. ההחזר האנרגטי הטוב ביותר הוא של אנרגיה הידרו-אלקטרית אך טכנולוגיה זו מוגבלת לאזורים שיש בהם נהרות או קרחונים רבים, ויש לה בעיות סביבתיות שונות.

קבוצה אוסטרית בשם Feasible Futures for the Common Good מנסה להעריך את המגבלות השונות הכרוכות באנרגיה מתחדשת בגלל עליה במחירי האנרגיה, שיא תפוקת הנפט, שיא תפוקת הגז ושיא תפוקת הפחם וכן עקב התייקרות חומרי גלם כמו נחושת או פלדה. [2]

בספר אנרגיה בת קיימא ללא האוויר החם מתאר הפיזיקאי הבריטי דיוויד מקיי מגבלות נוספות של תפוקת האנרגיה מצורות שונות של אנרגיה בת קיימא. לדוגמה הפקת אנרגיה מטורבינת רוח ואנרגיית שמש דורשת שטח, ודבר זה יכול ליצור הפרעות נוף והפרעות אחרות לשימושי קרקע אחרים. למרות שניתן להתגבר על מגבלות אלה, מקיי מצביע על כך שהפקת אנרגיה מתחדשת אינה נטולת בעיות ושקצב הפקת האנרגיה אינו דבר שקל לשנות אותו בקלות.

בעיות סביבה

גם להפקה של אנרגיה מתחדשת יכולה להיות השפעות סביבתיות. הפקה של לוחות פוטו-וולטאים כרוכה באנרגיה רבה ויצירה של זיהום, אנרגיה הידרואלקטרית כרוכה בהקמת סכרי ענק שגורמים להצפת שטחים נרחבים וליצירת בעיות אקולוגיות וחברתיות באזורי המחיה שלהם. דלק ביולוגי יכול לבוא על חשבון חקלאות שמייצרת מזון לבני אדם ולגרום לעליית מחירי המזון או להרחבת שטחי חקלאות על חשבון שטחים טבעיים - בעיית מזון מול דלק. פריסה של תחנות סולאריות בשטח גדול זוללת קרקע וגוזלת שטח מבני אדם ומבעלי חיים. הייצור של טורבינות רוח דורש כמות נכבדת של מתכות, והם עשויים ליצור בעיה נופית או הפרעה סביבתית.

למרות זאת, בדרך כלל יש נטייה לחשוב שאנרגיה מתחדשת היא בעלת טביעת רגל אקולוגית קטנה יותר, בעיקר כאשר לא מתייחסים לאנרגיה הידרואלקטרית המופקת מסכרי ענק ולביו-דלקים המופקים כתוצר ראשי של גידולי חקלאות (ולעיתים קרובות תוך "סבסוד" אנרגטי של דשן כימי וחומרי הדברה שדורשים תשומות של דלק מחצבי).

בעיות כלכליות

בעבר, אנרגיה מתחדשת הייתה כמעט תמיד יקרה יותר מאשר מקורות אנרגיה מתכלים. עם הפיתוח של טכנולוגיות מתקדמות יותר יש ירידה משמעותית במחירים של אנרגיות מתחדשות. במקביל יש עליה בביקוש לאנרגיה ויתכן שגם מנגנון של שיא תפוקת הנפט דבר שגורם להתייקרות האנרגיה הבלתי מתחדשת. בעשור האחרון התייקרו מחירי האנרגיה בעולם במאות אחוזים. שתי המגמות האלה גורמות לכך שבמקרים רבים מחיר השוק של אנרגיה מתחדשת הוא תחרותי למחיר השוק של אנרגיה בלתי מתחדשת. עם זאת, עבור מקומות רבים הטכנולוגיות של אנרגיה מתחדשת הן עוד יקרות במובן של מחירי שוק ממחירי אנרגיה בלתי מתחדשת.

הפנמת עלויות של השפעות חיצוניות שליליות של אנרגיה בלתי מתחדשת (כמו מנגנון של סחר בפליטות פחמן, או מיסוי על זיהום) עשויה לשפר עוד יותר את המחיר היחסי של אנרגיה מתחדשת.

מגמות עולמיות

ערך מורחב – משק האנרגיה העולמי

אנרגיות מתחדשות הן עדיין אחוז קטן מסך הייצור של אנרגיה. נכון לנתוני 2008 (פורסמו ב-2011), רוב האנרגיה העולמית - כ-87%, מקורם בדלק מחצבי, ורק כ-13% מקורם באנרגיות מתחדשות.

מתוך 13% אלה, רוב האנרגיה המתחדשת העולמית היא ביומסה (10.2%) ועוד 2% אנרגיה הידרואלקטרית אנרגיית רוח, סולארית וגאותרמית סיפקו פחות מחצי אחוז מהצריכה העולמית. [3]

השימוש באנרגיה הידרו-אלקטרית זו בעייתי מבחינה סביבתית, ויש צורך בתחזוקה של הסכרים ובפינוי של הסחף שסותם אותם. כמו כן רוב האתרים שמתאימים להקמת סכרים כבר נוצלו לצורך כך. גם ביו מסה היא צורה בעייתית היות והיא דורשת גידול גידולי חקלאות שונים, שעלולים לבוא על חשבון שטחי יערות עד או שהם תלויים באופני חקלאות בלתי מקיימת כגון שימוש בדשן כימי שמקורו בדלק מחצבי. מסיבות אלה, רוב הפיתוח וההתקנות החדשות של אנרגיות מתחדשות מרוכזות בתחומים אחרים.

מדינות רבות נערכות כיום לשיפור מצבן בתחום של אנרגיה מתחדשת, בגלל מודעות סביבתית גוברת, בשל הצפי להתייקרות עתידית של אנרגיה לא מתחדשת (שיא תפוקת הנפט, שיא תפוקת הגז, שיא תפוקת הפחם), ובשל הרצון להכיר את הטכנולוגיה (מטעמים של הוזלת הייצור ורצון להשיג נתח בשוק המתפתח של הפקת אנרגיה מתחדשת). בתחום הייצור וההתקנה, הדבר בולט במיוחד בתחום של אנרגיית רוח, אם כי גם בתחומים אחרים יש עלייה משמעותית.

השקעות

בעקבות ממשבר הנפט של 1973 היו השקעות ניכרות בפיתוח טכנולוגיות לחסכון באנרגיה וכן בפיתוח אנרגיות מתחדשות. דבר זה נכנס ל"תרדמת" של כ-40 שנה בעקבות עשורים של שפע בנפט ופחם ומחירי אנרגיה נמוכים.

בשנת 2008, על רקע התייקרות של נפט, סחורות ומזון, הייתה עליה ניכרת בהשקעות וביוזמות כלכליות ועסקיות בתחום האנרגיה המתחדשת. כמו השקעות של עסקים ושל ממשלות, מתן תמריצים כלכליים חיובים לאנרגיה מתחדשת כמו גם מתן תמריצים שליליים לדלק מחצבי. הדבר כלל לדוגמה את הקמת הוועדה למיסוי ירוק והכנת תקנות בישראל להתקנת לוחות סולאריים, וקידום מכרזים לתחנות סולאריות בנגב. מאז היו התקדמויות משמעותיות במחקרים ופיתוחים של אנרגיות שמש, ואולי גם בתחומים של רוח ושל ואנרגיות ים. עם ירידת מחיר הנפט בשנים 2008-2011 מגמה זו ירדה, והיא צפויה להתחדש בגל הבא של התייקרות הנפט.