האם ניתן להשתמש בעשן ארובות להורדת גשם או ליצור חומרים? גיל

נוסח השאלה המלא: האם ניתן לתעל עשן מארובות ליצירת גרעיני התעבות לגשם או ביצרת סיבי פחמן?

לשאלה ששאלת שני חלקים, אענה על כל חלק בנפרד. בקשר ליצירת גרעיני התעבות לגשם. תחילה הסבר מה זה זריעת עננים וגרעיני התעבות: בשנות ה-50 של המאה הקודמת פותחו 2 שיטות למה שמכונה 'זריעת עננים' – פיזור חומרים בין העננים שיגבירו את ירידת הגשם. כידוע כדי שחפץ כלשהו יפול על הקרקע דרוש שכוח המשיכה המופעל עליו יהיה חזק יותר מכוח החיכוך של החפץ באוויר (אחרת – החפץ סתם יעופף באוויר על פי משטר הרוחות), בעננים – שהם צבירים אדי מים שהתעבו, כלומר צבירים של טיפות מים זעירות, בשל הסיבה הנ"ל דרוש שטיפות המים יתרכזו יחדיו לצביר גדול מספיק (כגודל של טיפת גשם) בכדי שירדו משקעים אל הקרקע. מסתבר שהמים בעננים נמצאים במצב של קירור- יתר (suppercooled), כלומר במצב נוזלי, למרות שהטמפרטורה נמוכה מנקודת הקיפאון 0^oC, (זהו מצב מקביל ל'רווית ייתר' הקיימת במלחים מומסים, הרחבה על חומר אחר בו מתקיימת רווית ייתר - בקישור).
בכדי שהמים יתאחדו יחדיו לצֶבֶר גדול עליהם לקפוא לגביש קרח (שיגדל עוד ועוד כאשר עוד ועוד טיפות מים יגעו בו ויקפאו גם כן, עד שבסוף יגיע לגודל מספיק ויתחיל לפול לקרקע, הגביש יכול להפוך חזרה למים במהלך הנפילה או להישאר קרח, תלוי בטמפרטורה). בכדי להתגבש, כמו חומרים רבים, המים צריכים 'גרעין גיבוש' – כלומר צריכים חלקיק קטן ומוצק שעליו יוכלו להתחיל את תהליך הגיבוש (קראו עוד על גיבוש בקישור בסוף התשובה). חלקיק כזה יכול להיות חלקיק אבק זעיר (המצב הטבעי) או חלקיק שמפוזר באופן מלאכותי בין העננים. המחקר הראה שהחומר האופטימלי, כלומר הייעיל ביותר, לשמש כגרעין גיבוש לעננים הוא יודיד-הכסף AgI, וזה בגלל שמבחינה קריסטלוגרפית (=מבנה הגביש ברמה האטומית), מבנה הגביש שלו זהה לזה של קרח (מבחינת סימטריה ומרחקים). ואכן – פיזור יודיד הכסף משמש בישראל להגברת הגשם. בעבר – הפיזור הנפוץ היה באמצעות תנורים שחיממו את החומר ופיזרו אותו באמצעות ארובּות, אולם, התגלה שפיזור באמצעות מטוס נמצא יעיל הרבה יותר – כי המטוס מסוגל לפזר את החומר בדיוק מעל הענן, ולא 'סתם' באוויר הפתוח

זריעת עננים, ממטוס או באמצעות תנורים מהקרקע | יוצר: המשתמש DooFi מויקיפדיה

שיטה שנייה לזריעת עננים (לא משתמשים בה בישראל) היא פיזור קרח יבש או גז פרופאן על הענן, הקרח היבש או התפשטות הגז מורידה את טמפרטורת הענן לרמה נמוכה מספיק – שאפילו ללא גרעין גיבוש המים קופאים.
ולשאלתך – מעשית, לא כדאי ולא אפשרי. מכמה סיבות: 1. כפי שכתבתי, נמצא שארובה היא לא האמצעי היעיל לפיזור גרעיני התעבות, ועברו לשיטת המטוס. 2. שנית – החלקיקים שנפלטים דרך ארובה אינם החומרים האופטימלים להורדת גשם (הם לא יודיד הכסף). 3. שריפה שגורמת להיפלטות פיח מעידה על תהליך שריפה לא יעיל מבחינה אנרגטית, בשל חוסר בחמצן, ומפעלים שואפים לצמצם מצב זה למינימום. 4. בכלל, בשל שמירה על בריאות הציבור התקנים היום מאוד מחמירים בנושא של פליטת חלקיקים מוצקים מתוך ארובות, ובמפעלים מודרניים מתקינים בתוך הארובות מסננים ומתקנים אלקטרוסטטים שמסלקים את החלקיקים (שיכולים לשמש גרעיני גיבוש) מתוך הגזים אשר נפלטים מארובות. מרגע שהותקנו המסננים – בלתי אפשרי לסלק אותם ברגע שיש עננים ולהחזיר אותם ברגע שהעננים עברו.

פיח עולה מארובה של משאית, מעיד על שריפה לא יעילה של דלק (התמונות נלקחו מויקיפדיה)

דרך-אגב, באופן עקרוני נראה שעשן אכן מגדיל את כמויות הגשם. בחורף של שנת 1991 התרחשה מלחמת המפרץ, במהלכה הוצתו בארות הנפט בכווית, וכמויות אדירות של פיח נפלטו לאוויר, אותו חורף היה גשום מהממוצע במדינות הקרובות, ויש האומרים שזה בגלל השפעת הפיח הרב שנפלט לאוויר (בטורקיה ירד אפילו גשם בצבע שחור, עקב כמויות הפיח האדירות, לחץ כאן לכתבה בנושא, באנגלית). כלומר- באופן טבעי, ארובות הפולטות פיח וחלקיקים לאוויר גורמות לעליה בכמות המשקעים.

בקשר לסיבי פחמן. סיבי פחמן יוצרים על ידי פיחמון של חומרים סיביים אורגנים (חימום ללא נוכחות חמצן), כפי שניתן לקרוא בקישור בסוף התשובה. כלומר החומר שממנו יוצרים את הסיב-פחמן בנוי בצורה של סיב מלכתחילה, עוד לפני הפיחמון. לארוג סיב מחלקיקים זעירים של פיח מארובות נראה לי כמו משימה בלתי אפשרית (בגלל גודלם הזעיר), ובכלל, פיח זה דבר שנמנעים ממנו גם מסיבות אנרגטיות (מעיד על שריפה לא יעילה של דלק) וגם מסיבות של איכות סביבה, כפי שמוסבר למעלה, כך שגם זה לא נראה לי מעשי.

מאת: ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.