אופטימיזציה של אלקטרוליזר תא רטוב לייצור יעיל של גז אוקסי‑מימן (HHO): צעד לעבר פתרונות אנרגיה ירוקים בני‑קיימא

להפוך מים לדלק נקי יותר

בעוד העולם מחפש דרכים לצמצם זיהום מבלי לוותר על הנוחות של מנועים, רעיון מסקרן הוא לייצר דלק נקי לפי דרישה ישירות מהמים. מחקר זה בוחן מכשיר קומפקטי שעושה בדיוק זאת: הוא מפרק מים לתערובת בוערת של מימן וחמצן באמצעות חשמל. החוקרים ששוּנו לעצב מחדש מחולל כזה כך שיוותר פחות אנרגיה כחום ויווצר יותר גז שימושי מכל יחידת חשמל. הממצאים שלהם מצביעים על נתיב מעשי לעבר משפרי דלק ירוקים לכלי רכב ולמערכות אנרגיה בקנה‑מידה קטן.

למה פירוק מים חשוב

מים מורכבים ממימן וחמצן, והמימן נשרף בניקיון ותחזור שוב למים במקום לפלוט עשן. אך מימן כמעט ולא מופיע בכפרים בטבע לבד, ולכן יש לחלץ אותו באמצעות אנרגיה. אחת השיטות היא אלקטרוליזה: העברת זרם חשמלי דרך מים כדי שיתפרקו לגזים. כאשר הגזים נשמרים ביחס אידיאלי של שניים לאחד, התערובת נקראת אוקסי‑מימן או HHO. היא חסרת צבע, דליקה וניתנת להזנה למנועים כדי לשפר בעירה. הבעיה היא היעילות. אם רוב ההספק החשמלי הופך לחום בלתי רצוי במקום לגז, התהליך נעשה יקר ומבוזבז. מחקר זה מתמודד עם הבעיה על‑ידי עיצוב זהיר של מיקום וצורת הלוחות המתכתיים שבהם מתרחשת התגובה וכיול הנוזל הנשא של הזרם.

בניית ארבעה גרסאות של אותה הרעיָה

הצוות בנה ארבעה מכשירי פירוק מים כמעט זהים, שקיבלו שמות אלפא, ביטא, גמא ודלתא. כולם השתמשו בלוחות מנירוסטה מסודרים בערימה בכלי מלא מים שמכילים כמות קטנה של הידרוקסיד אשלגן, מלח שמסייע להולכת חשמל בנוזל. הלוחות חוברו כך שחלקם שימשו כטרמינלים חיוביים ושליליים, ואחרים ישבו ביניהם כמשטחים "ניטרליים" שעדיין סייעו בתגובה. החוקרים שינו שלושה גורמים: גודל כל לוח, מספר הלוחות החיוביים והשליליים, והאם הנוזל הכיל ריכוז נמוך או גבוה יותר של המלח המומס. לאחר מכן הפעילו כל מתקן מסוללת 12 וולט ומדדו תפוקת גז, צריכת הספק, טמפרטורה ויעילות כוללת לאורך זמן.

מה גרם לעיצוב המנצח לבלוט

עיצוב אחד, דלתא, עלה בבירור על האחרים. הוא השתמש בלוחות גדולים יותר (אורכי צלע כפולים מהגרסאות הקטנות), ביותר לוחות מופעלים ונפח נדיב של אלקטרוליט. שילוב זה פיזר את הזרם החשמלי על פני שטח רחב יותר, מה שהקל על מחסומי המיקרוסקופיים שמאטות בדרך‑כלל את התגובה והקטין את נקודות החום. מכל הנוזל הגדול גם פעל כריכוך תרמי, סופג חום ומנע עליות טמפרטורה מסוכנות. כתוצאה, דלתא ייצרה כ‑3.4 ליטרים של גז HHO בדקה והגיעה ליעילות כוללת שקרובה ל‑60%, כלומר חלק גדול מהאנרגיה החשמלית הנכנסת נשאר בקשרים הכימיים של המימן במקום להיות אבדות חום. העיצובים הקטנים יותר, ובמיוחד ביטא, עלו לטמפרטורות גבוהות ובזבזו רוב ההספק שהוזן לחימום הנוזל במקום לייצור גז.

איזון בין הספק, חום ותפוקת גז

פרמטר מרכזי נוסף היה חוזק תמיסת המלח. הכפלת ריכוז הידרוקסיד האשלגן הקלה על תנועת המטענים החשמליים במים, כך שכל עיצוב משך יותר זרם וייצר יותר גז. אך היה כאן פיצוי: זרם מוגבר גם ייצר יותר חימום. רק העיצובים בעלי הלוחות הגדולים, גמא ובמיוחד דלתא, הצליחו להמיר את הזרם הגבוה הזה ליעילות כוללת משופרת במקום לחום מיותר. הם עשו זאת על‑ידי שילוב של התנגדות חשמלית נמוכה, שטח פעיל רב שבו בועות יכולות להיווצר ולהיפרד, ונפח נוזל מספק לנטרול החום. במקרים אלה, עם עליית הזרם, האנרגיה הנדרשת לפר מטר מעוקב גז ירדה בפועל — סימן לכך שהמכשיר פעל בנקודת תפקוד מיטיבה שבה העיצוב ותנאי ההפעלה חיזקו זה את זה.

ממכשיר מעבדה לעוזר בעולם האמיתי

החוקרים השוו את עיצובם הטוב ביותר למייצרי HHO שדווחו בעבר ולמערכות מימן מסחריות. תצורת דלתא השוותה ואף עלתה לעתים על רבים מהמתקנים המדווחים קודם, ועדיין נשארה פשוטה ובמחיר סביר, כאשר החלקים עולים קצת יותר ממאתיים דולר. שלא כמו מפעלים תעשייתיים למימן, היא מייצרת תערובת מימן‑חמצן מוכנה לבעירה בלחץ נמוך, מה שהופך אותה מתאימה לשימוש ישיר כמשפר בעירה במנועים או כאמצעי לאחסון עודפי חשמל סולרי באופן מקומי. המחקר מראה שקשב קפדני לגודל הלוחות, לסידורן ולכימיה של הנוזל יכול להפוך תא פירוק מים בסיסי לכלי הרבה יותר יעיל. לקורא שאינו מומחה, המסקנה היא שגאומטריה חכמה ושליטה תרמית טובה יכולים להפוך חומר יומיומי — מים — לשותף מעשי ונקי יותר למערכות אנרגיה עתידיות.

ציטוט: Fayez, N.H.A., Qenawy, M., Mustafa, H.M.M. et al. Optimization of a wet-cell electrolyzer for efficient oxyhydrogen (HHO) gas production: a step towards sustainable green energy solutions. Sci Rep 16, 12374 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45418-z

מילות מפתח: אוקסי‑מימן, אלקטרוליזר תא רטוב, מימן ירוק, אלקטרוליזת מים, משפר דלק למנוע