חלק ב' – הבנת הנקרא (40 נקודות)

קראו את הטקסט וענו על השאלות שאחריו.

התפלה¹ רוחנית יהונתן שר, זווית, 20.1.2023 https://education.zavit.org.il/%d7%94%d7%aa%d7%a4%d7%9c%d7%94-/%d7%a8%d7%95%d7%97%d7%a0%d7%99%d7%aa

המצאה ישראלית חדשה מאפשרת להתפיל מים בעזרת טורבינת רוח ייחודית שציר הסיבוב שלה אנכי, שפועלת ללא כל שימוש בחשמל. זאת כדי להתמודד עם בעיית צריכת האנרגיה האדירה של תהליך ההתפלה, ולאפשר גם לתושבי אזורים נידחים ליהנות ממים נקיים.

פסקה א ישראל היא מעצמה בכל הנוגע להתפלת מים, עם חמישה מתקני התפלה שפרוסים לאורך הים התיכון, אשר מפיקים כ-75 אחוז מצריכת מי השתייה במדינה.

פסקה ב פתרון מושלם לארץ מדברית? ייתכן, אבל שום דבר לא בא בחינם : כדי להפוך את מי הים או מים מליחים לראויים לשתייה, מתקני ההתפלה בישראל צורכים חשמל רב. המצאה חדשה מציעה לפתור את הבעיה האנרגטית, וייתכן שאף לחולל מהפכה בזמינות של התפלת מים ברחבי העולם. כך, חוקרי הטכניון מתפילים מים בעזרת טורבינת רוח ייחודית שפועלת ללא כל שימוש בחשמל, שהיא זולה וקלה לשימוש ולתחזוקה.

פסקה ג נעים להכיר – טורבינת ציר אנכי כמות החשמל שנצרכת כיום על ידי תהליכי ההתפלה עומדת על כ-3.5 קילוואט-שעה (קוט"ש) עבור כל מטר מעוקב של מים. לשם המחשה, ב-2015 כ-4 אחוזים מכלל החשמל שהופק בישראל שימש לצורכי התפלה. בנוסף למחיר הסביבתי הכבד של צריכת האנרגיה הנרחבת, שמיוצרת בישראל ברובה על ידי שריפת דלקי מאובנים, הצורך בחשמל רב הופך את הטכנולוגיה של התפלה וטיהור מים לקשה להשגה עבור יותר ממיליארד איש ברחבי העולם שאין להם גישה למים נקיים.

פסקה ד במרכז ההמצאה החדשה עומד השימוש בטורבינת רוח מסוג שלא רבים מכירים – טורבינת ציר-אנכי. (מאונך לקרקע) הסיבוב בטורבינות אלה מתבצע מסביב לציר שמאונך לקרקע (כדי להבין את כיוון תנועת להבי הטורבינה, דמיינו אדם שרץ סביב עמוד חשמל) – זאת בניגוד לטורבינות הרוח המוכרות יותר, שמסתובבות סביב ציר אופקי (מקביל לקרקע).

פסקה ה למרות הדומיננטיות של טורבינות ציר-אופקי, לטורבינות ציר-אנכי יש מספר יתרונות משמעותיים – שהראשון שבהם הוא מהירות הסיבוב האיטית שלהן. "קצה הכנף של טורבינה 'רגילה' מסתובב במהירות שגבוהה בערך פי 7 ממהירות הרוח שמגיעה אליה, בעוד שהקצה של הטורבינה שלנו מסתובב בערך באותה מהירות כמו הרוח – כלומר, עד פי 7 לאט יותר מטורבינות רוח מסורתיות", מסביר דוד קייסר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון," .טורבינות ציר-אנכי יכולות לפעול היטב גם במהירויות רוח נמוכות, ולהיות יעילות מאוד בהפקת אנרגיה ביחס למהירות הסיבוב שלהן ולגודלן". לדברי קייסר, קצב הסיבוב האיטי הופך את הטורבינה עם הציר האנכי לשקטה בהרבה מהטורבינות אופקיות הציר, ובנוסף - לבטוחה לציפורים, שמסוגלות לראות את הלהבים ולא נתקלות בהם.

פסקה ו לפי קייסר, יתרון נוסף של הטורבינות אנכיות הציר מצוי בכך שהסיבוב מתרחש במאונך לקרקע, בעמוד שנמתח לאורך כל גובה הטורבינה – כך שאפשר למקם את הגנרטורים שבהם מיוצר החשמל או את המכשירים שמשתמשים באנרגיה הסיבובית סמוך לקרקע, ואין צורך להציב אותם בראש הטורבינה כמו באלה בעלות הציר האופקי. הדבר מקל על ההתקנה והתפעול השוטף שלהם.

פסקה ז יתרון משמעותי אחרון הוא שטורבינות ציר-אנכי יכולות לקבל רוח מכל כיוון כדי להסתובב, בניגוד לטורבינות ציר-אופקי הפועלות בצורה אופטימלית כשחזיתן פונה בדיוק אל כיוון הרוח או בדיוק בניגוד לכיוון הרוח (בהתאם לעיצובן).

פסקה ח טורבינות למערכות קטנות עם כל היתרונות הללו, מתבקש לשאול : מדוע לא משתמשים תמיד בטורבינות ציר-אנכי במקום בטורבינות ציר-אופקי המוכרות? "טורבינות ציר-אופקי הן עדיין טובות יותר עבור ייצור של כמויות גדולות של אנרגיה, והן היעילות ביותר מבחינה כלכלית בגדלים גדולים", מסביר קייסר. בנוסף, לדבריו, הציר והמסבים (חלק שמקטין את החיכוך בעת הסיבוב) של טורבינות רוח ציר-אנכי נוטים להתפרק ולהיהרס מהר יותר מאשר אצל מקבילותיהן בעלות הציר האופקי.

פסקה ט "עם זאת, הבעיה הזאת מתרחשת בעיקר כשהטורבינות אנכיות-הציר גדולות", אומר קייסר. "כשהן קטנות, הן עובדות טוב ולא נהרסות במהירות". לכן, כשמדובר במערכות קטנות שנועדו לשימוש במקומות נידחים, על ידי אנשים שהם לא מקצוענים בתפעולן – היתרונות של טורבינות ציר-אנכי, שכאמור פעילות גם במהירויות רוח נמוכות שמגיעות מכל כיוון וקלות להתקנה ולתפעול, הופכים אותן לעדיפות על פני הטורבינות אופקיות-הציר.

פסקה י טורבינה קטנה יכולה לספק מים לקהילה מטרת המחקר החדש הייתה לפתח מערכת התפלת מים פשוטה וקטנה שמוּנעת ישירות מאנרגיית רוח. החוקרים התמקדו בהתפלת מים מליחים, ששיעור המלחים בהם עומד על עד 1 אחוז (כששיעור המלחים במי ים עומד על מעל 3 אחוזים). החוקרים השתמשו בטורבינה ייחודית, שפותחה במעבדתם : טורבינה בגודל מטר על 80 סנטימטר, שעושה שימוש במערבולות אוויר כדי לשפר את היעילות שלה. בנוסף, הם בנו מודל מתמטי שמעריך בצורה טובה יותר איזו משאבת מים נדרשת להם. הם חיברו את המשאבה למים מליחים ולמערכת התפלה באוסמוזה הפוכה ²– שיטת ההתפלה המרכזית שבה נעשה שימוש כיום בישראל ובעולם. בשיטה זו, מי ים או מים מליחים מועברים בלחץ גבוה דרך ממברנה³ מוליכה למחצה : מים יכולים לעבור בה באופן חופשי, אך כ-99 אחוז מהמלחים נחסמים על ידה. אחרי המעבר בממברנה המים נקיים כמעט לגמרי ממלחים ואפשר לשתות אותם.

פסקה יא "הצלחנו לייצר מערכת שממירה כ-17-12 אחוז מאנרגית הרוח ישירות לכוח הידראולי, עבור כמעט כל מהירות רוח ועבור טווח מליחויות רחב במיוחד", אומר קייסר. "הדבר יעיל באותה המידה – או אפילו יותר – מהפקת חשמל מרוח ואז המרה שלו לאנרגיה הידראולית במשאבה חשמלית", מספר קייסר.

פסקה יב בשורה לנזקקים למים נקיים המערכת הפשוטה שפיתחו החוקרים עשויה להוות בשורה אמיתית לאוכלוסיות עניות-אנרגטית ברחבי העולם, שאין להן גישה למים מתוקים ונקיים. לפי האו"ם, מדובר בכ-1.2 מיליארד איש כיום – ועל פי התחזיות, בכ- 1.6 מיליארד איש ב-2030 . "בעצם, כל המערכת שפיתחנו עובדת בלי ייצור חשמל ובלי צורך לחבר אותה לרשת חשמל או למערכת אגירת אנרגיה", אומר קייסר. "המערכת קטנה וזולה יחסית כי היא לא כוללת שום רכיבים אלקטרוניים. עקב היותה מכנית, היא גם הרבה יותר קלה לתפעול ולתיקון, וגם אנשים שאין להם הכשרה רחבה יכולים להקים אותה ולטפל בה."

¹ סילוּק המֶלח (של מֵי הים), בביטוי: הַתפָּלַת מַיִם תהליך הפיכתם של מֵי ים למים מתוקים כדי להכשירם לשימוש בחקלאות ולשתייה ² אוֹסְמוֹזָה הפוכה - זרימה הפוכה. ³ ממברנה - לוחית מתכת קפיצית ודקה במערכת שמע הנעה בהתאם לתנודות הקול

ענו על חמש מתוך השאלות 6-1 (ערך כל שאלה - 8 נקודות). כל השאלות מתייחסות למאמר, אלא אם נכתב אחרת.