ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 20 נקודות).
מימן – אחד הפתרונות לדלק עתידי
רוב המדענים סבורים כי יש קשר בין העלייה בטמפרטורת האטמוספרה במאה הנוכחית, ההתחממות הגלובלית, ובין שרֵפה של כמויות גדולות של דלקים המכילים בעיקר תרכובות פחמן (דלקים מאובנים). שרֵפת דלקים אלה גורמת לשחרור אנרגייה זמינה לשימוש. בתהליך השרֵפה נפלט לאטמוספרה פחמן דו־חמצני, , שהוא גז חממה. גזי חממה לוכדים קרינה שמוחזרת מפני כדור הארץ וכך גורמים להתחממותו.
בוועידות האקלים שהאו"ם מכנס, נציגי המדינות דנים באפשרות לצמצם את פליטת הפחמן הדו־חמצני עד שנת 2050, כדי להאט את ההתחממות הגלובלית. אחת האפשרויות שנדונו היא להפיק אנרגייה באמצעות שרֵפה (תגובה עם חמצן, ) של גז המימן, , במקום שרֵפה של דלקים המכילים תרכובות פחמן.
המימן אינו מופיע כיסוד על פני כדור הארץ, לכן יש צורך להפיקו מתרכובות שונות באמצעות תהליכים כימיים הדורשים השקעת אנרגייה.
נהוג לכנות את המימן המופק על פי שיטת ההפקה, למשל:
"מימן אפור": המימן הזול ביותר, ומופק בין השאר מגז טבעי. המרכיב העיקרי של גז טבעי הוא גז מתאן, . כאשר מתאן מגיב עם קיטור, , בלחץ גבוה, נוצרים הגזים פחמן דו־חמצני, , שנפלט לאטמוספרה, ומימן, , שנאסף למְכלי אחסון.
"מימן כחול": מימן המופק בתהליך זהה לתהליך הפקת "מימן אפור", אולם הגז שנוצר בתהליך, אינו משתחרר לאטמוספרה, אלא נאסף אף הוא במהלך ההפקה. טכנולוגיות שונות לאיסוף וניצול של נמצאות בפיתוח.
אחת הבעיות בתהליך ההפקה של "מימן אפור" ושל "מימן כחול" היא שהמתאן, , שגם הוא גז חממה, עלול להשתחרר לאטמוספרה.
"מימן ירוק": מימן המופק בתהליך של פירוק מים בעזרת חשמל בתנאים מתאימים. תוצרי הפירוק הם מימן וחמצן בלבד. לתהליך זה נדרשת השקעת אנרגייה המתקבלת מניצול מקורות אנרגייה מתחדשים כגון השמש והרוח. אפשר להשתמש במימן כדלק כך ששרֵפת המימן תהיה מקור לאנרגייה בתעשייה ולהנעת כלי רכב גדולים.
השימוש במימן כדלק עתידי יוצר כמה בעיות: – את המימן המופק במצב צבירה גזי צריך לאחסן במְכלים גדולים שעמידים בלחץ גבוה. – אחסון המימן במצב צבירה נוזלי מחייב את קירורו לטמפרטורה נמוכה מאוד (20.3K), שבה הוא נהפך לנוזל. – במהלך שרֵפת המימן באוויר מתרחשת תגובה נוספת בין החמצן, , לבין החנקן, , שבאוויר. בתגובה זו נוצר חנקן דו־חמצני, , שגם הוא גז חממה לא רצוי.
אפשר להשתמש במימן כדלק במכוניות שבהן מותקן רכיב מיוחד. ברכיב זה מתרחשת תגובת חמצון חיזור בין גז מימן ובין גז חמצן שמקורו באוויר. תגובה זו מתרחשת על שטח הפנים של זרז מוצק.
תעשיית המכוניות המונעות במימן מתפתחת ברחבי העולם, ומוקמות תחנות לתדלוק מהיר בגז מימן.
מכוניות המונעות במימן עשויות להתחרות במכוניות חשמליות הפועלות על סוללות נטענות ודורשות זמן רב לטעינה.
כיום רק חלק קטן מאוד מצריכת האנרגייה העולמית מבוסס על מימן. ייתכן שבשנים הקרובות עוד מדינות ישלבו את המימן כמקור אנרגייה.
מקור Dewan Angela (2021). Green hydrogen could be the fuel of the future. Here's why it's not yet a silver bullet. CNN, August 31.
האם שרֵפת דלקים המכילים תרכובות פחמן היא תגובה אנדותרמית? נמקו על פי הקטע.
מהו התוצר האפשרי בשרֵפת מימן: פחמן דו־חמצני, פחמן חד־חמצני או מים? נמקו את בחירתכם.
נסחו ואזנו את תהליך הפקת הגז "מימן אפור".
קִבעו את המחמצן ואת המחזר בתגובה שניסחתם בסעיף ג. נמקו את קביעתכם.
קִבעו את סימנו של עבור התגובה המתרחשת בעת הפקת "מימן ירוק". נמקו על פי הקטע.
לפניכם שני גרפים: I ו־ II. קִבעו מהו הגרף שמתאר באופן נכון את השפעת הזרז על התגובה המתרחשת ברכיב שמותקן במכוניות המונעות במימן. נמקו את קביעתכם.
יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.
סעיף ז. בתהליך הפקה של "מימן כחול", הגיב 1 טון מתאן, . בתהליך אספו את הפחמן הדו־חמצני, , שנוצר. האם מסת הפחמן הדו־חמצני שהתקבל בתגובה גדולה מ־1 טון או קטנה מ־1 טון? פרטו את חישוביכם או נמקו באופן מילולי. נתון: טון גרם.
על פי הקטע, מימן משנה מצב צבירה מגז לנוזל בטמפרטורה של בלחץ אטמוספרי. האם טמפרטורת הרתיחה של חמצן באותם תנאים גבוהה מ־ או נמוכה מ־? נמקו את תשובתכם. התייחסו לכוחות הפועלים בין המולקולות של כל אחד מן היסודות במצב צבירה נוזלי.
שאלות ותגובות על השאלה
🎓 לא הבנתם משהו? קבלו הסבר נוסף ממרצה
שאלו כאן — ותקבלו מענה מוסמך.