טמפרטורה נמוכה וחמצון פוטותרמי מהיר של גאליום נוזלי להפקת מימן במעגל סגור

דרך חדשה לייצור דלק נקי

מימן נקרא לעתים קרובות דלק העתיד: בעת שריפה הוא מייצר מים במקום עשן או פיח. אך רוב המימן כיום מיוצר מדלקים פוסיליים או במכונות יקרות שצורכות הרבה חשמל. המחקר הזה בוחן מסלול שונה, המשתמש במתכת רכה וכסופה בשם גאליום יחד עם מים רגילים — ואפילו מי ים — כדי ליצור מימן בתהליך מחזורי שניתן לשימוש חוזר ומונע בעיקר מאור השמש.

הפיכת אור ומתכת לדלק

החוקרים גילו שטיפות זעירות של גאליום נוזלי יכולות להגיב עם מים ולשחרר גז מימן כאשר הן מחוממות על ידי אור. גאליום נמס מעט מעל לטמפרטורת החדר, כך שמתחת להתחממות מתונה הוא הופך לנוזל זורם. כשהאור פוגע בטיפות, הן סופגות אנרגיה ומתממות, מה שמאיץ את תגובתן עם המים. במהלך התגובה הגאליום מומר לתרכובת מוצקה הקרויה גאליום אוקסיהידרוקסיד בעוד בועות מימן משתחררות. מכיוון שהגאליום נוזלי, השכבה המוצקה שנוצרת על פניו נוטה להתקלף במקום לאטום אותו, כך שמתכת טרייה נחשפת והתהליך יכול להימשך במהירות.

לולאה מעגלית במקום שימוש חד־פעמי

רוב התגובות הכימיות המייצרות מימן צורכות את הרכיבים המתכתיים שלהן עד תום, ומשאירות פסולת קשה להפיכה. לעומת זאת, עבודה זו מראה שהגאליום האוקסיהידרוקסידי המוצק שנותר לאחר ייצור המימן אינו סוף הדרך. ניתן להמיסו בחומציות מתונה ולהחזירו להיות גאליום נוזלי באמצעות ציוד אלקטרוכימי סטנדרטי — למעשה מערכת בסגנון סוללה שפועלת הפוך. מופעל על ידי חשמל, רצוי ממקורות מתחדשים כמו שמש או רוח, שלב ההתאוששות הזה משחזר כמעט את כל הגאליום המקורי. המשמעות היא שניתן למחזר את אותה רכבת מתכת שוב ושוב, וליצור מעגל סגור לייצור מימן במקום תהליך שימושי־אֶחת־פעם.

מימן מהיר ובטמפרטורות נמוכות ממקורות מים שונים

בניסויים מעשיים, הצוות יצר טיפות גאליום באמצעות גלי קול לשבירת המתכת המומסת לחלקיקים קטנים רבים. טיפות קטנות יצרו שטח פנים גדול יותר וספגו אור ביעילות רבה יותר, מה שהפך את ייצור המימן למהיר ומלא יותר. בתנאי אור חזקים אך מציאותיים המקבילים לשמש מרוכזת, 0.2 גרם של טיפות גאליום במים יכלו להיות מומרות לחלוטין למוצר המוצק בכשעה וחצי, תוך ייצור מימן בכמויות התואמות את המקסימום התיאורטי. חשוב מכך, הביצועים הללו נשמרו לא רק במים מזוקקים אלא גם בתמיסות מלוחות ובמי ים אמיתיים שנאספו מהחוף, ללא צורך בשלבי התמלחת נפרדים.

מדוע האור חשוב יותר מחימום פשוט

המדענים השוו מספר דרכים להנעת התגובה וגילו שהארת הטיפות באופן ישיר הייתה יעילה בהרבה מאשר חימום המים לאותה הטמפרטורה בלבד. האור עושה שתי פעולות במקביל: הוא מחמם את הגאליום, והוא גם משפיע על השכבה הדקה של החומר המוצק שנוצרת על הטיפות, ועוזר להזיז מטענים חשמליים לאורך הממשק. מטענים אלה מקלים על המשך תגובת המתכת עם המים. ניסויים עם מנורות שונות, סימולטור שמש ושמש טבעית מרוכזת הראו שקרינה נראית במיוחד טובה בהפעלת התנהגות "פוטותרמית" זו, שמשלבת אור וחום כדי להאיץ את ייצור המימן.

ממושג מעבדה לנשא אנרגיה עתידי

מבחינת חישוב אנרגטי, החוקרים מעריכים שהמחזור המלא — מהתגובה של הגאליום עם מים להפקת מימן ועד לשחזור המתכת — יכול להגיע ליעילות סיבובית של כ־13 אחוז כאשר אור השמש נחשב כקלט חינמי. אמנם הגאליום עצמו אינו זול, אך הוא ניתן לשימוש חוזר, יחסית לא רעיל, וקל להוביל ולאחסן אותו כנשא אנרגיה דחוס. המחקר מציע תרחיש עתידי שבו ניתן לשלוח גאליום לאתרים חופיים, להפעיל תגובה עם מי ים תחת אור השמש להפקת מימן לפי דרישה, ואז להחזירו לשחזור באמצעות חשמל נקי. בפשטות, העבודה מדגימה דרך מבטיחה להפוך שמש ומי ים לדלק נקי הניתן לאחסון באמצעות מתכת נוזלית למחזור חוזר, וקורבת את חזון מערכת אנרגיה מבוססת מימן צעד נוסף.

ציטוט: Campos, L.G.B., Allioux, FM., Fimbres Weihs, G. et al. Low temperature and rapid photothermal oxidation of liquid gallium for circular hydrogen production. Nat Commun 17, 1890 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68664-1

מילות מפתח: הפקת מימן, גאליום נוזלי, אנרגיית שמש, דלק ממי ים, כימיה מעגלית