CO2 כדלק? גילוי זרז הופך פליטות להזדמנות

מתנול הוא חומר מוצא מרכזי עבור מגוון רחב של מוצרים כימיים, כולל פלסטיק ודלקים. הוא מתואר לעתים קרובות כ"חומר קודמן אוניברסלי לייצור מגוון רחב של כימיקלים וחומרים", למעשה "האולר השוויצרי של הכימיה", כפי שציין חאבייר פרז-רמירז, פרופסור להנדסת קטליזה ב-ETH ציריך.

הנוזל ממלא תפקיד מפתח במעבר לייצור בר-קיימא של מוצרים כימיים ודלקים, אך רק אם האנרגיה המשמשת לייצור מימן ולהנעת קטליזה מיוצרת באופן בר-קיימא. במקרה כזה, ניתן בסופו של דבר לייצר מתנול באופן ניטרלי מבחינת אקלים, מה שמספק דרך ידידותית לסביבה לשימוש בפחמן דו-חמצני (CO₂) מהאטמוספרה.

עם זאת, ייצור מתנול קונבנציונלי אינו בר קיימא במידה רבה, שכן הרוב המכריע מיוצר מדלקים מאובנים, מה שמביא לפליטות גבוהות של גזי חממה (GHG).

ייתכן שזה כבר לא המצב, שכן מדענים מ-ETH ציריך פיתחו כעת שיטה לסינתזה של מתנול שיכולה להוות בסיס לתעשייה כימית נטולת דלקים מאובנים. פורסם ב-Nature, המחקר¹ מפרט כיצד ניתן לייצר אלכוהול נוזלי ממימן ופחמן דו-חמצני באמצעות אטומי מתכת בודדים כזרזים.

בעוד מדענים ממשיכים לחקור דרכים לייעל תגובות כימיות באמצעות זרזים, שיטה חדשה זו של חוקרי ETH ציריך עשויה גם לאפשר שימוש חסכוני יותר במתכות נדירות ויקרות.

על ידי הצבת אטומי אינדיום מבודדים על חומר תמיכה, החוקרים פיתחו זרז שיכול להמיר CO₂ וח₂ למתנול בצורה יעילה הרבה יותר.

חוסר האיזון הפחמני יוצר אתגרים והזדמנויות

פחמן דו חמצני (CO₂) הוא גז חסר צבע, חסר ריח ולא רעיל, אשר ממלא תפקיד חיוני במערכות הטבעיות של כדור הארץ. צמחים משתמשים ב-CO₂ במהלך הפוטוסינתזה לייצר תרכובות עשירות באנרגיה ולשחרר חמצן כתוצר לוואי. תהליך זה חיוני להישרדות האדם. CO₂ משתתף גם במחזור הפחמן העולמי, שבו אטומי פחמן נעים ברציפות בין האטמוספירה, פני כדור הארץ ואורגניזמים חיים.

למרות חשיבותו הטבעית, CO₂ מתפקד כגז חממה משמעותי. הוא לוכד חום מאור השמש באטמוספירה, ויוצר אפקט התחממות ששומר על טמפרטורות מתאימות לחיים. ללא גזי חממה, כדור הארץ יהיה קר מדי למגורים. עם זאת, ריכוזים גבוהים מעצימים את ההתחממות הזו, ומניעים את ההתחממות הגלובלית ואת שינויי האקלים.

פחמן עובר מחזור רציף דרך מאגרים מרובים: סלעים, משקעים, האטמוספירה ואורגניזמים חיים. הוא חוזר לאטמוספירה באמצעות נשימה, ריקבון אורגניזמים, התפרצויות געשיות ושריפות. עם זאת, פעילות אנושית שולטות כיום באיזון זה. מאז תחילת התיעוש בתחילת המאה ה-19, פיתוח קרקע ושריפת דלקים מאובנים יצרו פליטות פחמן העולות בהרבה על מה שבולעים טבעיים יכולים לספוג. כתוצאה מכך, CO2 אטמוספרי₂ הריכוזים עלו בחדות וממשיכים להאיץ.

CO העולמי₂ פליטות מדלקים מאובנים ותעשייה הגיעו ל-38.11 מיליארד טון מטרי (GtCO₂) בשנת 2025, עלייה של יותר מ-69% מאז 1990, לפי נתונים מ Statistaסין היא ה התורם הגדול ביותר לפליטות גזי החממה העולמיות הללו, ואחריה ארה"ב.

התיעוש והצמיחה הכלכלית המהירה בעשורים האחרונים הובילו לעלייה של כמעט 450% בפליטות CO2.₂ פליטות במדינה האסייתית בשלושת וחצי העשורים האחרונים, בניגוד לירידה של 6.1% בארה"ב, אם כי המדינה הצפון אמריקאית נותרה מזהם הפחמן הגדול ביותר בהיסטוריה.

מלחמת ארה"ב-ישראל נגד איראן יצרה בערך 5 מיליון טון של פליטות גזי חממה בשבועיים הראשונים שלה. בעוד ש-CO2 עולמי₂ פליטות ממשיכות לעלות, כיורי פחמן ביבשה ובאוקיינוס ​​נחלשו בכ-15% בעשור האחרון, על פי פרויקט פחמן גלובללמרות שמצא את כיור הפחמן היבשתי, CO₂ פליטות שנספגות על ידי צמחים וקרקעות, יתאוששו למצבם המקוריאל ניניו כוח לאחר כמה שנים חלשות באופן יוצא דופן.

בינתיים, מחקר שפורסם ב טבע² מצא כי הירידה בכיורי פחמן תרמה כ-8% לעלייה ב-CO2 באטמוספירה₂ ריכוז מאז 1960. ספיגת הפחמן הדו-חמצני הורידה גם את רמת החומציות של האוקיינוס ​​ב-0.1 יחידות, מה שהגדיל את חומציותו ב-30%.

אז, ככל שפעילות אנושית משחררת יותר CO2₂ לאטמוספרה ממה שתהליכים טבעיים יכולים להסיר, כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה ממשיכה לעלות ולקבוע שיאים חדשים, מה שיוצר צורך דחוף להתמודד עם בעיית ה-CO₂ פליטות.

דרך אחת להתמודד עם בעיה חמורה זו היא באמצעות מעבר לאנרגיה מתחדשת. בעוד שאנרגיה סולארית, רוח, אנרגיה הידרואלקטרית, גיאותרמית וביומסה מספקות פתרונות מבטיחים, מעבר זה הוא תהליך איטי וארוך טווח, המתמודד עם עלויות הון גבוהות, צורכי תשתית ואתגרים טכנולוגיים.

דרכים נוספות כוללות אימוץ תחבורה בת קיימא, שיפור יעילות האנרגיה והסרת פחמן קיים באמצעות ייעור מחדש וניהול קרקעות.

כל אלה פתרונות מבטיחים, אבל מה אם היינו יכולים ללכוד פחמן דו-חמצני ישירות מהסביבה ולאחר מכן להשתמש בו כחומר גלם? מה אם נוכל להפוך את גז החממה העיקרי הזה לדלק? זו תהיה פריצת דרך בטכנולוגיית האקלים והאנרגיה, שכן זה לא רק יסייע למזער את ההתחממות הגלובלית אלא גם יענה על הביקוש הגבוה לאנרגיה בעולם.

מספר מחקרים בחנו דרכים ל להמיר CO₂ לתוך דלק. תהליך זה ניטרלי מבחינת פליטות פחמן מכיוון שהדלקים פולטים את אותה כמות של CO2₂ כאשר הוא נשרף. זה כרוך בלכידת פחמן דו-חמצני ושימוש באנרגיה מתחדשת כדי להמיר אותו לדלקים פחמימניים כגון מתנול, סולר ובנזין באמצעות שיטות כימיות כמו הידרוגנציה קטליטית או חיזור אלקטרוכימי.

מתנול בולט כאחד המסלולים המעשיים והמדרגיים ביותר ל-CO2₂ ניצול, הודות לתאימותו לתשתיות קיימות ולרבגוניות שלו בתעשיות השונות.

מתנול (CH₃אלכוהול (OH) הוא אלכוהול חסר צבע, דליק ורעיל ביותר, המשתחרר לסביבה במהלך שימושים תעשייתיים ובאופן טבעי ממיקרובים, צמחייה וגזים געשיים. אם הוא נבלע או נספג, הוא מהווה סיכונים בריאותיים משמעותיים, כולל עיוורון, אי ספיקת איברים או מוות.

התרכובת הכימית הנוזלית משמשת כנוזל קיפאון, ממס תעשייתי וחומר גלם כימי לפלסטיק, צבעים, קצף, שרפים, מוצרים פרמצבטיים ודלקים. היא משמשת גם כנשא אנרגיה לאחסון חשמל מתחדש, כתוסף בדלקים קונבנציונליים ודלק נוזלי חלופי. כמשאב אנרגיה "נקי" יותר, מתנול משמש כדלק לאוטובוסים, מכוניות, משאיות, ספינות, דוודים ותאי דלק. הוא משמש גם לייצור דימתיל אתר (DME), דלק מתחדש נוסף.

למרות ההבטחה, הגדלת ייצור המתנול מ-CO₂ עדיין עומד בפני אתגרים, כולל דרישות אנרגיה גבוהות, זמינות מימן והצורך בזרזים חסכוניים. מחקר מתמשך מתקדם במהירות בחזיתות אלה.

לחצו כאן כדי ללמוד כיצד אור יכול להפיק מחדש פחמן דו-חמצני.

חדשנות מבוססת אטום יחיד פותחת פליטות CO2 יעילות₂ המרה

על מנת לייצר מתנול מפחמן דו-חמצני ומימן, חוקרים מ-ETH ציריך עשו התקדמות במחקר הזרזים.

זרזים נמצאים בשימוש מאז ימי קדם. לדוגמה, השמרים המשמשים להכנת לחם מכילים זרזים טבעיים (אנזימים) המסייעים בהמרת קמח ללחם. עם הזמן, ההתקדמות בזרזים הובילה לפלסטיק מתכלה ביולוגית, תרופות חדשות ודלקים בטוחים יותר לסביבה.

זרז הוא חומר המסייע להפוך תגובות לקלות ויעילות יותר. "עוזרים לתגובה" אלה מאיצים תגובה כימית או מורידים את הלחץ או הטמפרטורה הדרושים להתחלתה, מבלי להיצרוך במהלך התגובה עצמה.

תגובות כימיות דורשות אנרגיה כדי להתחיל, משום שיש לסדר מחדש קשרים בין אטומים במולקולות. משוכה אנרגטית יכולה להיות קטנה, כמו הדלקת גפרור, או גבוהה בהרבה בתהליכים תעשייתיים, מה שמגדיל את העלויות. זרזים עוזרים להוריד את המכשול הזה, כאשר הזרזים היעילים ביותר מכילים לעתים קרובות מתכות, כולל נדירות ויקרות.

פריצת הדרך של כימאים מ-ETH ציריך הובילה לפיתוח זרז אשר מוריד משמעותית את האנרגיה המינימלית הנדרשת לייצור מתנול מ-CO₂ ומימן. החוקרים השיגו שימוש יעיל ביותר באינדיום כך שכל אטום אינדיום משמש כאתר פעיל משלו.

בניגוד לגישת הניסוי והטעייה הקודמת למחקר קטליזה, הזרז שהתגלה לאחרונה מאפשר ניתוח והבנה מדויקים יותר של התגובות המתרחשות על פני השטח שלו, ובכך סולל את הדרך לתכנון זרז אופטימלי ורציונלי יותר.

"לזרז החדש שלנו יש ארכיטקטורה של אטום יחיד, שבה אטומי מתכת פעילים מבודדים מעוגנים על פני השטח של חומר תמיכה שפותח במיוחד."

- פרז-רמירז, מנהל המרכז הלאומי לכשירות במחקר (NCCR) קטליזה

בעוד שהזרז שהתגלה לאחרונה הוא בעל אטום יחיד, זרזים מסורתיים מכילים מתכות כאגרגטים. חלקיקים אלה קטנים מאוד, אך בדרך כלל הם מכילים מאות עד אלפי אטומי מתכת. לרבים מהאטומים הללו אין אפילו מעורבות ישירה בתגובה. אך אם אטומים אלה יוכלו לפעול ברמה הפרטנית, הם יוכלו להיות יעילים הרבה יותר, שכן מדענים יוכלו לעשות שימוש טוב יותר ביסודות כימיים נדירים ויקרים, ובכך לאפשר שימוש כלכלי בר-קיימא במתכות יקרות.

כמו כן, התכונות הקטליטיות של אטומים מבודדים שונות מאגרגטים.

"אינדיום כבר משמש בזרז הזה כבר למעלה מעשור", ציין פרז-רמירז, שעובד על זרזים טובים יותר עבור CO2.₂ייצור מתנול מבוסס CO2 במשך יותר מעשור וחצי ומחזיק במספר פטנטים בתחום. "במחקר שלנו, אנו מראים שאטומי אינדיום מבודדים על תחמוצת הפניום מאפשרים הפקת CO2 יעילה יותר₂סינתזה של מתנול מבוסס-על מאשר אינדיום בצורת ננו-חלקיקים המכילים מספר רב של אטומים."

אינדיום (In) הוא מתכת לבנה-כסופה שאספקתה תלויה בעיקר בתעשיית כריית האבץ, כאשר אינדיום הוא תוצר לוואי קטן. סין (40%) היא היצרנית המובילה של אינדיום ושולטת ברוב עתודות האינדיום בעולם. המתכת נמצאת בשימוש נרחב בסרטי תחמוצת בדיל אינדיום, סגסוגות וחומרי מוליכים למחצה הנדרשים לתאי פוטו-וולטאיים, הלחמות, צגים שטוחים, נוריות LED, חומרי ממשק תרמי וסוללות.

כדי למקם אטומי אינדיום בודדים על פני תחמוצת ההפניום במדויק, פיתח הצוות מספר מסלולים סינתטיים חדשים. חלק מרכזי בעבודה זו, שנעשתה בשיתוף פעולה עם מוסדות מחקר אחרים, היה תכנון חומר התמיכה שיספק סביבה יציבה אך תגובתית לאטומים.

מסלול אחד כלל שריפת חומרי המוצא בלהבה בטמפרטורה של 2,000 עד 3,000 מעלות צלזיוס לפני קירורם המהיר. פעולה זו שומרת על האינדיום על פני השטח ומשלבת אותו היטב.

הטמעת אטומי זרז בתחמוצת הפניום עמידה בחום הוכיחה שזרזים בעלי אטום יחיד יכולים לעמוד בתנאים קיצוניים, כולל טמפרטורות ולחצים גבוהים. עמידות זו חשובה מכיוון שסינתזת מתנול מ-CO₂ וגז מימן דורש טמפרטורות גבוהות של עד 300 מעלות צלזיוס ולחצים של בערך פי 50 מלחץ אטמוספרי רגיל.

"תחמוצות אינדיום-הפניום ננו-מבניות המסונתזות באמצעות פירוליזה של ריסוס להבה משיגות פרודוקטיביות גבוהה יותר של מתנול ספציפי לאינדיום בעד 70% בהשוואה לתחמוצות אינדיום-זירקוניום, כאשר הרווחים הגדולים ביותר נצפו עבור אטומים בודדים של אינדיום", נכתב במחקר.

יתרון נוסף של זרזים המבוססים על אטומים מבודדים הוא שמדענים יכולים לנתח מנגנוני תגובה עם הרבה פחות אותות מפריעים, ובכך לספק תובנות ברורות יותר. זרזים קיימים העשויים מננו-חלקיקים היו קשים למדי לחקר. הם למעשה היו קופסה שחורה. בעוד שתגובות מתרחשות רק במספר קטן של אטומים על פני השטח, אותות מדידה רבים מגיעים מאטומים בתוך החלקיקים שלא היו מעורבים בתגובה, מה שמקשה על פירוש המתרחש.

"פיתוח הזרז המתנול והניתוח המפורט של המנגנון לא היו אפשריים ללא מומחיות רב-תחומית זו."

– פרז-רמירז

השקעה במחזור פחמן

תאגיד סלנז (CE +% 3.04) היא חברת כימיקלים וחומרים מיוחדים גלובלית המייצרת פולימרים מהונדסים. מגזרי העסקים העיקריים שלה כוללים חומרים מהונדסים ושרשרת אצטיל.

ראוי לציין כי החברה מעורבת ישירות בהמרת CO2₂ למתנול. באמצעות Fairway Methanol, מיזם משותף עם חברת Mitsui & Co. היפנית, צ'לאנז עתידה ללכוד כ-180,000 טון של CO2.₂ מדי שנה ולייצר 130,000 טון של מתנול דל פחמן בשנה.

לאחרונה, החברה השיגה אישור טביעת רגל פחמנית (CFC) עבור סוגי Hostaform ו-Celcon POM ECO-C באתרי הייצור שלה בפרנקפורט ובטקסס, כתוצאה מהשקעתה של Celanese בטכנולוגיית לכידת וניצול פחמן (CCU) כדי להפחית תשומות מבוססות דלקים מאובנים מבלי לפגוע בביצועי החומרים.

עם שווי שוק של 7 מיליארד דולר, מניית סלאנז נסחרת כעת במחיר של 62.47 דולר, עלייה של 48% מתחילת השנה. מניות החברה חוות מגמת ירידה בשנתיים האחרונות לאחר שעברו את רף 170 הדולר בתחילת 2024, וירדו לכ-35 דולר בסוף השנה שעברה, וכעת חוות תאוצה מחודשת.

יש לה רווח למניה (ETM) של -10.40 ומכפיל/רווח (ETM) של -6.02. סלנז משלמת תשואת דיבידנד של 0.19%.

באשר לנתונים הפיננסיים של החברה, היא דיווחה על ירידה של 7% במכירות נטו ל-9.5 מיליארד דולר לשנת 2025 כולה, עקב ירידה של 4% הן במחיר והן בנפח. ההפסד התפעולי שלה הסתכם ב-786 מיליון דולר, בעוד שההפסד המדולל למניה לפי כללי חשבונאות מקובלים (GAAP) היה 10.44 דולר, והרווח המתואם למניה היה 3.98 דולר.

צ'לאנז דיווחה על ביקוש נמוך מהרגיל בשווקי קצה מרכזיים כגון צבעים, ציפויים, רכב ובנייה, אך נותרה ממוקדת בהגדלת תזרים המזומנים כדי לשפר את העלויות, להאיץ את צמצום המינוף ולהניע צמיחה בשורה העליונה.

"הביצועים שלנו בשנה כולה מדגימים את עוצמת תוכניות הפעולה שלנו ואת הביצוע הממושמע בסביבה מאתגרת."

– מנכ"ל סקוט ריצ'רדסון

בשנת 2025, החברה ייצרה תזרים מזומנים תפעולי של 1.1 מיליארד דולר ודיווחה על תזרים מזומנים חופשי של 773 מיליון דולר.

יצירת תזרים מזומנים זה, בשילוב עם הפחתות עלויות של למעלה מ-120 מיליון דולר, השלמת מכירת Micromax, מימון מחדש של חובות לטווח קצר והכנסת תוכניות להנעת צמיחה והעשרת צבר השווקים המתפתחים, סייעו לחברה לעשות "התקדמות ניכרת מול סדרי העדיפויות שלנו של צמצום מינוף, שיפור עלויות וצמיחה בשורה העליונה", אמר ריצ'רדסון. עבור הרבעון האחרון, דיווחה Celanese על מכירות נטו של 2.2 מיליארד דולר, רווח תפעולי של 93 מיליון דולר ורווח מתואם למניה של 0.67 דולר.

באשר לרבעון הנוכחי, החברה צופה שינוי מועט בביקוש אך צופה שיפורים עונתיים צנועים בנפחים, ולכן צופה שהרווח המתואם למניה ברבעון הראשון יהיה 0.70 עד 0.85 דולר.

"אנו צופים שנה חזקה נוספת של יצירת מזומנים עם תזרים מזומנים חופשי יעד של 650 עד 750 מיליון דולר. למרות שהסביבה המקרו-כלכלית נותרה לא ודאית, יצרנו מומנטום קדימה. אנו מאמינים שהפעולות המכריעות שאנו נוקטים מציבות את צ'לאנס כדי להפיק תועלת משמעותית מההתאוששות הסופית."

ריצ'רדסון

חדשות והתפתחויות אחרונות במניות חברת Celanese (CE)

סיכום

הפיכת פחמן דו-חמצני לדלק מייצגת הזדמנות משמעותית להמיר אתגר אקלימי לנכס כלכלי. ועם חידושים כמו זרזים בעלי אטום יחיד המשפרים באופן דרמטי את היעילות, הדרך לייצור מתנול מ-CO2...₂ הופך בר-קיימא מתמיד. אבל כמובן, הרחבת פתרון זה תדרוש אנרגיה מתחדשת בשפע, ייצור מימן חסכוני ומסגרות מדיניות תומכות. ברגע שכל הגורמים הללו יתאימו, CO2₂ יש לה פוטנציאל להפוך מלהיות אחד האתגרים הסביבתיים הגדולים ביותר בעולם לאחד המשאבים החשובים ביותר שלה.

הפניות

1. ג'אנג, ש., ליו, י., וואנג, צ., לי, ג'., צ'ן, ז., ז'או, ה., שו, ל., סאן, ק., ג'ואו, ק., יאנג, פ., וו, ט., גואו, ס., לי, י., הואנג, ג'., דנג, ד., באו, ש. ולי, צ. אטומים בודדים של אינדיום מאפשרים CO יעיל₂ הידרוגנציה למתנול. ננוטכנולוגיה של הטבע (2026). https://doi.org/10.1038/s41565-026-02135-y
2. Friedlingstein, P., Le Quéré, C., O'Sullivan, M., Hauck, J., Landschützer, P., Luijkx, IT, Li, H., Van der Woude, A., Schwingshackl, C., Pongratz, J., Regnier, P., Andrew, RM, Bakker, DCE, C. Jones, MW, Lan, X., Morgan, E., Olsen, A., Peters, GP, Peters, W., Sitch, S. & Tian, ​​H. השפעת אקלים מתעוררת על כיורי פחמן בתקציב פחמן מאוחד. טבע 649, 98–103 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09802-5