הקדמה: על השינוי בתחום החומרים במסגרת התמורות באנרגיה
התמורות המתמשכות באנרגיה הן מאמץ כלל עולמי חשוב שנועד לצמצם את התלות שלנו בדלקים פוסיליים ולהיאבק בשינוי האקלים. אמנם כבר התחלנו לאמץ מקורות של אנרגיה מתחדשת ולרכוש כלי רכב חשמליים, ובכל זאת חשוב שנבין שתמורות אלה כרוכות לא רק באופן ייצור האנרגיה אלא גם בחומרים שמהם עשויות טכנולוגיות חדשות.
חומרים על בסיס פחמן: הדלק של ההתפתחות האנרגטית והסביבתית
הביקוש לחומרים, ובעיקר חומרים על בסיס פחמן, גובר ככל שאנו מתרחקים ממקורות האנרגיה המסורתיים ועוברים לאפשרויות בנות קיימא יותר. כך נוצר פרדוקס מעניין: אמנם אנחנו שואפים לצמצם את צריכת הנפט, אבל התמורות באנרגיה ובתחבורה עלולות לדרוש כמות גדולה יותר של תזקיקי נפט לשימוש ביישומים שונים המסייעים לתמורות אלה. במילים אחרות, הביקוש לנפט צפוי להישאר יציב הודות לתוצרי נפט חדשים, דווקא בגלל התמורות המתמשכות במגזרי האנרגיה והתחבורה והתובלה.
הביקוש לחומרים מסורתיים וחדשניים ממשיך לעלות, וכך התמורות באנרגיה מחוללות גם 'תמורות בחומרים' בהיקף לא קטן, וזאת בשל שני גורמים עיקריים. הגורם הראשון שאחראי לתמורה הזו הוא הפיתוח והייצור של חומרים חדשים ומשופרים החיוניים לתמורות באנרגיה. לקטגוריה הזו נכנסים מינרלים קריטיים וחומרים כמו פולימרים וסיבי פחמן מהונדסים. הגורם השני הוא המעבר מחומרים המתאפיינים בצריכת אנרגיה גבוהה ופליטות רבות לחומרים בני קיימא כמו פלדה דלת פחמן.
לחומרים יש תפקיד חיוני בהפחתה של צריכת האנרגיה, ובייחוד בייעול ניצול המשאבים וצמצום הפליטות בדרך ליעד נטרול הפליטות. מדובר בחומרים מרכזיים בייצור טורבינות רוח, פאנלים סולאריים, מערכות אחסון, סוגים שונים של תחבורה והתשתית הנדרשת לצמצום פליטות. יש לציין שבמקרים רבים, הטכנולוגיות האלה דורשות כמות גדולה יותר של חומרים פיזיים מהחלופות המסורתיות – בייחוד בשלב הבנייה – כדי לתת אותה תפוקת אנרגיה. מצב עניינים זה דורש מאיתנו לשקול היטב את מקורות החומרים שלנו ואת אופן הניצול שלהם במסענו אל אנרגיה נקייה.
לתעשיית הכימיה יש תפקיד מכריע בתמורות באנרגיה, על אף המוניטין השלילי שלה כמקור של פליטות ופגיעה בסביבה. מגזרי האנרגיה המתחדשת וכלי הרכב החשמליים נתפשים באופן חיובי בציבור, אבל לציבור יש גם נטייה להתעלם מהחומרים המשמשים לייצור הטכנולוגיות האלה, המגיעים בעיקר מהמגזר הכימי.
לפי התחזיות, שיעור הכימיקלים הנגזרים מפחמימנים בתמהיל האנרגיה הכללי עשוי לעלות משמעותית, מ־15% ל־25%.
מכאן אנו לומדים שיש צורך בגישות חדשניות לניתוח ולהנגשת הדינמיקה הזאת, בדגש על תפקידם המכריע של החומרים בתמונה הכללית של התמורות באנרגיה.
במבט לעתיד, ברור שהדלקים הפוסיליים ימשיכו להיות רכיב מרכזי בנוף האנרגטי, למרות המעבר לתמהיל מקורות קל יותר המבכר גז טבעי על פני נפט.
התמורה הזאת מחייבת אותנו להבין לעומק איך עושים שימוש בר קיימא בפחמימנים, בייחוד במגזר הכימי. אם נשים את הדגש על הביקוש הגדל לחומרים על בסיס פחמן ועל תפקידה החיוני של תעשיית הכימיה, נצליח לייצר נרטיב מאוזן יותר המקפל בתוכו גם את האתגרים של המגזר הזה וגם את תרומותיו לתמורות המתמשכות באנרגיה.
דלקים פוסיליים, כמו נפט, גז טבעי ופחם, ימשיכו להיות חלק משמעותי ממערכת האנרגיה העולמית עד 2050, אף שתפקידם ילך ויצטמק בהדרגה. לפי התחזיות, ב־2050 הם יתנו מענה ל־60%-70% מהביקוש העולמי לאנרגיה. תמהיל הדלקים הפוסיליים צפוי להמשיך להיות מקור האנרגיה העיקרי בעתיד.
להניע את השינוי: כך תעשיות כלי הרכב, הבניין והאנרגיה המתחדשת מחוללות ביקוש
בנוף האנרגיה המשתנה, שלושה מגזרים מסתמנים כמחוללי ביקוש מרכזיים: כלי הרכב, הבניין והאנרגיה המתחדשת. בכל אחת מהתעשיות האלה מתחוללת תמורה משמעותית הדורשת אספקה רבה של חומרים, ובייחוד תוצרים פטרוכימיים וחומרים מרוכבים על בסיס פחמן.
בניתוח זה נבחנו כמה תרחישים של S&P Global Commodity Insights, כולל תרחיש הבסיס, הידוע בשם Inflection Scenario – תרחיש מפנה, המתאר תהליך הדרגתי של תמורות באנרגיה; מקרה התמורות המואצות, המכונה 'כללים ירוקים' Green Rules, הצופה מעבר מהיר לקיימות ולירידה בפליטות; ותרחיש נטרול הפליטות, המתייחס לנטרול עד 2050.
במגזר ייצור החשמל, לדוגמה, טורבינות רוח ממחישות את חשיבותם של חומרים על בסיס פחמן ואת הצמיחה הפוטנציאלית שלהם. בתרחיש נטרול הפליטות, עד 2050, הביקוש לחומרים האלה צפוי לגדול ביותר מפי חמישה בהשוואה ל־2023.
בשלוש תעשיות המפתח הנ"ל, הביקוש לכימיקלים החיוניים האלה אמור לגדול משמעותית עד 2050, ובתרחיש של שינוי מהותי ברגולציה העלייה הצפויה גדולה אף יותר.
במגזר כלי הרכב – הן בתרחיש הבסיס והן בתרחיש הירוק – הביקוש ארוך הטווח לפולימרים יעלה בעקבות המעבר ממנוע הבערה הפנימית לכלי רכב חשמליים, ובשל מגמת המעבר לחומרים קלים יותר.
בתעשיית הבניין, השימוש בפולימרים "בתוליים", כלומר גולמיים ממקור כימי, צפוי לעלות פי שניים עד 2050, אפילו בתרחיש הירוק הכולל השפעה רבה יותר של כלכלה מעגלית.
ובתחום האנרגיה המתחדשת, לפי תרחיש 'עולם ירוק יותר', הרחבת תשתיות אנרגיית הרוח והאנרגיה הסולארית תגדיל את הביקוש לפלסטיק ולחומרים מרוכבים פי שלושה בהשוואה לביקוש הנוכחי.
ממצאי הניתוח הזה מצביעים על עלייה משמעותית בחומרים מרוכבים ככל שהתמורות באנרגיה מאיצות. בשני התרחישים, התלות בחומרים כמו פלסטיק וכימיקלים צפויה לגדול במידה רבה. החומרים האלה אינם רק פונקציונליים, אלא מציעים עמידות ויעילות ביישומים קריטיים למגזרי כלי הרכב, הבניין והאנרגיה המתחדשת.
לדוגמה, עצימות הפליטות של הפלסטיק גבוהה יותר מפלדה או דומה לה: 2 ק"ג פחמן דו־חמצני לטונה פלסטיק, לעומת 1.4-2 ק"ג לטונה פלסטיק לפלדה במהלך הייצור. אבל חומרים כמו פוליפרופילן קלים מפלדה הרבה יותר והיישומים הקלים שלהם דורשים פחות חומר. כפועל יוצא, החלפת הפלדה בפוליפרופילן בתעשיית כלי הרכב מובילה לשיפורים גדולים ביעילות הדלק ולהפחתה בפליטות גזי חממה בעת השימוש.
אינפו 6
התרשים הנ"ל מתאר את העלייה בביקוש לפוליפרופילן, פוליאתילן בצפיפות נמוכה וסיבי פחמן בתרחיש של שינוי מהותי ברגולציה.
עמידות: לסלול את הדרך למחר
עמידות הופכת אט אט לאחד ההיבטים המרכזיים של הקיימות במגזרי כלי הרכב, הבניין והאנרגיה המתחדשת, בעיקר בשל השימוש הנרחב בפלסטיק ובחומרים על בסיס פחמן. את החומרים האלה מפתחים לשימוש ממושך, ולעתים הם שומרים על יעילותם במשך 20-30 שנה ביישומים שונים. אורך החיים הזה הופך אותם, בפועל, למאגרים ללכידת פחמן שעוזרים להפחית את פליטות גזי החממה.
בתעשיית כלי הרכב, למשל, חומרים מרוכבים קלים משפרים את יעילות הדלק ומפחיתים את הפליטות במהלך מחזור החיים של המכונית. כלומר, לא רק שהשימוש בחומרים עמידים מסייע לתמורות באנרגיה אלא שהוא גם עולה בקנה אחד עם יעדי קיימות רחבים יותר. בתעשיית הבניין, לחומרים עמידים יש תפקיד חשוב ביותר בהארכת חייהם של בניינים, והם ממזערים את הצורך בהחלפות תכופות של חלקים וחוסכים את הפסולת שהחלפות כאלה מייצרות. האסטרטגיה הזאת משמרת משאבים ואף מעודדת את התעשייה לייצר בניינים בני קיימא.
כפי שציינו כבר, לחומרים על בסיס פחמן כמו פלסטיק, שרפים וחומרים מרוכבים יש חשיבות מכרעת להנעת התמורות במגזר האנרגיה והתחבורה. אבל השיח הציבורי והרגולטורי מתמקדים בעיקר בפסולת פלסטיק ובאתגרים הסביבתיים שהיא מייצרת. חשוב להבדיל בין פלסטיק לשימוש חד פעמי, שבו יש להפסיק להשתמש בדחיפות, לבין סוגים אחרים של פלסטיק. נכון לעכשיו, כ־59% מהפולימרים בעולם מומרים למוצרים עמידים – חומרים ארוכי שנים שעשויים לתרום תרומה חשובה לפתרונות בני קיימא.
הנה כמה דוגמאות למוצרים המשלבים רכיבים עמידים על בסיס פחמן: טורבינות רוח, סוללות, כלי רכב חשמליים וצינורות להובלת מימן. לפי התחזית, עד 2050, 93% מהפלסטיק במגזרים מרכזיים יהיה עמיד. לא רק שהמעבר לחומרים עמידים במגזרים הקריטיים האלה יסייע לתמורות המתמשכות באנרגיה, אלא שהוא גם תורם לקיימות העתידית על ידי מזעור פסולת ועידוד לשימוש אחראי במשאבים.
השפעת התחליפים: להבין את מכלול 4
החלפת חומרים היא חלק מהותי מהדיון על פליטות וקיימות. חומרים על בסיס פחמן, כמו סיבי פחמן, נוטים לפלוט פחות גזי חממה לאורך חייהם, גם אם הפליטות שלהם גבוהות יותר בשלב הייצור. לדוגמה, שלדת סיבי פחמן לכלי רכב עם מנוע בערה פנימית מפיקה יותר פליטות בשלב הייצור מהפלדה המסורתית, אבל משקלה הקל ועמידותה מובילים לפליטות הרבה יותר נמוכות בשלב השימוש. הדוגמה הזו ממחישה כמה חשוב להביט בנושא הפליטות מזווית של מחזור חיים שלם.
בהקשר זה, חשוב מאוד להבין את נושא מכלולי הפליטות, ובייחוד מכלול 4 המתייחס לפליטות שנחסכו בזמן השימוש במוצר. ניתוח מקיף של מחזור חיים עוזר לבעלי העניין להעריך את ההשפעה הסביבתית המלאה של החומרים שביניהם הם מתלבטים, כי הוא מביא בחשבון גם את הפליטות בתהליך הייצור וגם את היקף הפליטות בזמן השימוש.
הנקודה העיקרית היא שכאשר בוחנים את מכלול 4 מתברר כי להחלפת החומרים יש השפעה גדולה. כשאנו מכירים בחיסכון הפליטות בעקבות השימוש בחומרים יעילים ועמידים יותר, אנחנו מבינים גם את תפקידם החיוני של פתרונות חדשניים בקידום קיימות.
אמנם שיעור הפליטות של סיבי פחמן פר יחידת משקל גבוה הרבה יותר מפלדה, כפי שאפשר לראות בתרשים למעלה, אבל התמונה ארוכת הטווח מספרת סיפור אחר. כלי רכב עם שלדת סיבי פחמן פולט הרבה פחות פחמן דו חמצני מכלי רכב עם שלדת פלדה. הפער הגדול הזה מבהיר לנו כמה חשוב להעריך חומרים במבט על מחזור חיים שלם.
לדוגמה סוגיית השלדות וה"מונוקוקים" (כלי רכב עם מבנים אחודים): מה קורה כשמחליפים את המתכת או הפלדה בסיבי הפחמן החזקים והקלים יותר. הב־מ־וו i3 ומכוניות הספורט המתקדמות משתמשות בסיבי פחמן לרכיבים האלה, כי שם הבטיחות היא השיקול החשוב ביותר. סיבי הפחמן עוזרים להפחית את המשקל של המכונית ולשפר את הקילומטראז' שלה. התוצאה היא טביעת רגל פחמנית הרבה יותר קטנה במהלך מחזור החיים של כלי הרכב (שלב השימוש).
הדוגמה הזאת מלמדת איך חומרים על בסיס כימי מסייעים להפחתת פליטות כללית דרך מכלול 4, וממחישים את השפעתם לאורך חיי המוצר.
למצוא את הערך: הפחמן הוא זרז הזדמנויות חדשות בשרשרת הערך
בכל הקשור לתמורות באנרגיה, חומרים על בסיס פחמן אינם נטל אלא משאב רב ערך שיכול לייצר שרשראות ערך חדשות. החומרים האלה יכולים לשמש כמאגרי פחמן המקדמים אותנו אל יעדי קיימות וגם לסייע לפיתוח טכנולוגיות מתקדמות. במקום להתמקד אך ורק בתעשיות הדה־קרבוניזציה, עלינו לשים את הדגש על דה־קרבוניזציה של פליטות המיוחסות לייצור החומרים ולשימוש בהם. הלקחים שלמדנו במסע שלנו בתחום התמורות מלמדים, ששילוב של חומרים על בסיס פחמן ביוזמות של תמורות באנרגיה, מוביל להפחתה בשיעור הפליטות הכללי. אם ננקוט גישה הוליסטית שמכירה בערכו של הפחמן כמשאב, נתקדם מהר יותר אל עתיד בר קיימא.
תעשיית כלי הרכב: הדגש הבא הוא הפחתת הפליטות מחומרים
לתעשיית כלי הרכב יש חלק גדול במאמצים להגיע לנטרול פליטות עולמי עד 2050, וזה הרי יעד חיוני בשביל להגביל את ההתחממות הגלובלית ל־1.5 מעלות צלזיוס מעל הרמות הקדם־תעשייתיות. אינספור חברות לציוד מקורי נענו לאתגר והציבו לעצמן יעדי דה־קרבוניזציה שאפתניים.
תעשיית כלי הרכב מתמקדת בצדק בנושא חשמול המנועים, לאור כך ש־65%-80% מהפליטות מכלי רכב הן פליטות אגזוז ופליטות עקיפות נוספות מאספקת הדלק. אבל כדי לממש את מלוא הפוטנציאל לדה־קרבוניזציה בכלי רכב ולהגיע ליעד של מכונית מנוטרלת פליטות, צריכים בעלי העניין בתעשייה לתת מענה גם לנושא הפליטות מחומרים. פתרונות חדשים לתמורות באנרגיה ובתחבורה דורשים יותר פחמן מטכנולוגיות מסורתיות. לדוגמה, כלי רכב חשמליים דורשים יותר חומרים קלים לניצול יעיל של דלק. כמו כן, אפשר לבנות להבי טורבינות גדולים יותר מחומרים יעילים על בסיס פחמן שמייצרים יותר אנרגיה.
להתמקד בדה־קרבוניזציה של פליטות החומרים: שינוי בסדרי העדיפויות של התעשייה
ככל שנעבור מדלקים פוסיליים למקורות של אנרגיה מתחדשת כמו רוח ואנרגיה סולארית, וככל שנעבור לכלי רכב חשמליים על בסיס סוללות ותאי דלק ולייצור מימן, כך יהפכו החומרים לחלק מרכזי יותר מתהליך הדה־קרבוניזציה והחשמול של הכלכלה. לכלכלה העולמית יש נתיבים שונים להגבלת ההתחממות הגלובלית ל־1.5 מעלות צלזיוס, ועל אותו משקל, גם לשילובים שונים של טכנולוגיות וחומרי גלם יש השלכות שונות. תהיה אשר תהיה הדרך הנבחרת לדה־קרבוניזציה, אי אפשר להימנע מתמורות משמעותיות בביקוש שיחוללו שינויים במגזרי המתכות והכרייה ויולידו הזדמנויות ערך שונות.
תעשיות התחבורה וייצור האנרגיה השיגו שיפורים ראויים לציון בהפחתת פליטות גזי חממה. אבל כדי להגיע לכלכלה דלת פחמן ולהפחית את עצימות הפליטות במגזרים האלה, דרושה כמות גדולה מאוד של חומרים. לדוגמה, ייצור טרה וואט שעה אחד של חשמל ממקורות סולאריים או מטורבינות רוח דורש 200%-300% יותר מתכת מתחנת כוח על בסיס גז, שנמדדת לפי "שווה ערך" נחושת. ובכל זאת, למרות היקף הפליטות הגבוה בשלב ייצור החומרים, זוהי תמורה המובילה להפחתה משמעותית כללית בעצימות הפליטות.
הגדלת עצימות החומר: הסוד להפחתת עצימות הפליטות בטכנולוגיות דלות פחמן
בכל מה שקשור בפיתוח כושר יצור חשמל וייצור כלי הרכב, תלויה טביעת הרגל הפחמנית של כל טכנולוגיה במגוון גורמים ולא רק בעצימות החומר לבדה. פליטות נוצרות לכל אורך מחזור החיים של הטכנולוגיה, החל משריפת הדלקים הפוסיליים לשם ייצור חשמל וכלה בצריכת החשמל על ידי הסוללה בכלי הרכב החשמלי.
בחירת החומרים, למשל פלדה מול אלומיניום, משפיעה במידה רבה על עצימות הפליטות. יתרה מזו, אפילו לחומרים זהים יש טביעות רגל פחמניות שונות בגלל הספקים, מה שממחיש כי גם לתהליך רכישת החומר יש השפעה סביבתית. נוסף לכך, לכל מגזר יש מאפיינים ייחודיים משלו. לדוגמה, מקורות אנרגיה מתחדשת פועלים בדרך כלל עם מקדמי הספק נמוכים יותר מדלקים פוסיליים, ולכן נדרש שם כושר ייצור גבוה יותר – וכפועל יוצא, היקף חומרים גבוה יותר – כדי להפיק אותה כמות חשמל. חשוב להבין את המורכבויות האלה כדי לחולל שינוי משמעותי בדרך לעתיד בר קיימא.
סיכום: נקודת מבט מאוזנת על התמורות באנרגיה
יש כמה אסטרטגיות ליצירת מערכת אספקת חומרים עולמית בת קיימא, החיונית להמשך התמורות במגזרי האנרגיה, התחבורה והתובלה. חלק מהגישות מניבות תועלת מיידית, ואחרות מכשירות את הקרקע לשינוי מתמשך. האסטרטגיות המגוונות האלה – ממדיניות פעילה ויוזמות במגזר הפיננסי ועד טכנולוגיות פורצות דרך ועיצובי מוצר אקולוגיים – סוללות את הדרך לעתיד ירוק יותר. הגיע הזמן לרתום את הפתרונות היצירתיים האלה ליצירת שינוי גם בתחום החומרים כדי להבטיח מענה הן לביקוש הנוכחי והן לביקוש בר קיימא בעתיד.
התמקדות בערך המשאבים: חומרים על בסיס פחמן הם משאבים בעלי ערך שיכולים לייצר שרשראות ערך חדשות, ועדיף להתייחס אליהם כך במקום לראות בהם נטל על הסביבה. שינוי זה בנקודת המבט יתרום רבות לעידוד קיימות וחדשנות במגזרים שונים.
מאגרי פחמן: הודות לעמידותם ולאורך חייהם של חומרים על בסיס פחמן, הם יכולים לשמש כמאגרי פחמן יעילים התורמים לקידום הקיימות ומסייעים לשינוי טכנולוגי.
עולם אחד, שתי מציאויות: הנעת התמורות באנרגיה בכלכלות מתעוררות: מרכזי הביקוש בכלכלות המתעוררות עלולים לפגוע בשימוש הגדל בחומרים על בסיס פחמן וביישומיהם השונים. עלינו לתת מענה ייעודי לצרכים ולאתגרים של האזורים האלה כדי לעודד צמיחה שוויונית ולהבטיח שימוש יעיל ומועיל בחומרים על בסיס פחמן בכל העולם. אם לא נבין לעומק את האתגרים הניצבים בפני הכלכלות האלה, התהליך כולו ייפגע. רק סיוע בין לאומי יעזור למדינות המתפתחות לממש את מלוא הפוטנציאל שלהן בהתמודדות עם שינוי האקלים ולעמוד ביעדי הסכם פריז.
טכנולוגיות חדשות: אנחנו רואים כעת שחומרים על בסיס פחמן חורגים מזירת הפלסטיק המסורתית שלהם ומשתלבים במגוון רחב של יישומים מתקדמים. סיבי פחמן דור שני (2GCF) עשויים מננו־צינוריות פחמן ויש להם מוליכות חשמלית ותרמית משופרת שעשויה לשנות את פני התעשייה. לאור חשיבותם הרבה של סיבי הפחמן הסטנדרטיים לתמורות באנרגיה, השוק העולמי שלהם נמצא כעת בצמיחה דו־ספרתית.
בדומה לסיבי הפחמן דור שני ולננו־צינוריות הפחמן, גם גרפן הוא תוצר פחמני בעל ביצועים גבוהים הזוכה לפופולריות ביישומים שונים. טכנולוגיות שמפתחים כיום לייצור ננו־צינוריות פחמן בקנה מידה גדול, יוכלו לשמש גם לייצור גרפן, וזה יוריד עלויות ויסייע בשילוב הגרפן במגוון גדול יותר של יישומים במחיר נמוך יותר.