כבר באמצע המאה ה-18 הוכיח בנג'מין פרנקלין, באמצעות ניסוי העפיפון המפורסם, כי ברק הוא למעשה התפרקות חשמלית, הניסוי היווה את תחילתה של תקופה חדשה עבור האנושות. כמאה שנים אחריו, תומס אלווה אדיסון הצליח לרתום את כוח החשמל לשימוש. הוא החל בתגלית הזרם הישר והוסיף ושכלל את המצאת נורת הלהט, שהיוותה את נקודת המפנה הגדולה ביחס האנושות לחשמל.

יש חשמל באוויר – ברוכים הבאים לעולם ללא כבלים

מאת: אבי רפא

כבר באמצע המאה ה-18 הוכיח בנג'מין פרנקלין, באמצעות ניסוי העפיפון המפורסם, כי ברק הוא למעשה התפרקות חשמלית, הניסוי היווה את תחילתה של תקופה חדשה עבור האנושות. כמאה שנים אחריו, תומס אלווה אדיסון הצליח לרתום את כוח החשמל לשימוש. הוא החל בתגלית הזרם הישר והוסיף ושכלל את המצאת נורת הלהט, שהיוותה את נקודת המפנה הגדולה ביחס האנושות לחשמל.

אדיסון מוכר לרוב האנשים כממציא החשמל. אך לא רבים יודעים כי הוא הפסיד במה שכונה "מלחמת הזרמים" לניקולה טסלה ואיש העסקים ג'ורג' וסטינגהאוז, אשר הביאו לעולם את זרם החליפין. במהלך מלחמת הזרמים, הצליח אדיסון להוכיח שזרם חליפין מסוכן יותר מזרם ישר ומתאים יותר לשימוש בהמצאתו החדשה, הכיסא החשמלי. החשמל מוכר לכולנו ככוח מסוכן גם כשהוא נוצר בטבע. הצלופח הדרום אמריקני בנהר האמזונס מייצר מתח של 660 וולט, שמסוכן אף לבני אדם. מכת ברק מגיעה למתח בין 20 ל-100 מיליון וולט ועוצמת זרם העשויה להגיע עד 10,000 אמפר.

לאורך המאה ה-20, הפך החשמל לחלק חשוב מחיי היומיום שלנו. מקררים, תנורים, מגהצים ומכונות כביסה החלו להופיע בבתים הפרטיים. מנגנוני הגנה החלו להשתלב במערכות החשמל: מפסקים, ממסרים והארקה אשר נועדו להגן על המשתמשים מפני התחשמלות. למרות כל אותן הגנות, עדיין נהרגים כאלף איש בשנה בארה"ב כתוצאה מפגיעת חשמל קטלנית ובישראל כחמישה עשר אנשי מקצוע נהרגים מדי שנה מהתחשמלות. תעשיות רבות החלו להשתמש בחשמל לצורך אוטומציה של תהליך הייצור, הופעת הטלוויזיה והמחשב האישי וחדירתם לכל נחלה, הפכו את הצורך בחשמל להכרחי. המעבר לאמצעי מיזוג אוויר המושתתים על חשמל, והופעתם של אינספור מכשירים חשמליים ליוותה אותנו אל תוך המאה ה-21. הצורך לספק חשמל למכשירים חשמליים או לטעינת סוללה במכשירים ניידים, הוביל לצורך בשינוי.

חשוב להדגיש, כי שינוע החשמל בקווי מתח גבוה, המסוכנים לאדם, פוגע בנוף וחשוף לתקלות. עלות בניית קווי מתח תת קרקעיים יקרה ובעייתית במקומות מסוימים. אספקת חשמל ללקוח הפרטי גוררת אובדן אנרגטי, והשקעים הביתיים מהווים סכנת התחשמלות ושריפה.

מהו חשמל אלחוטי?

חשמל אלחוטי מתבסס על עקרון שהתגלה על ידי מייקל פארדאי. מיקל גילה שניתן לייצר מתח חשמלי על-ידי סיבוב סליל מוליך מסביב למגנט, על עקרון זה מתבססת פעולת הגנרטור והמנוע החשמלי. במהלך פעולה זו נוצרת השראה מגנטית ואין צורך במגע ישיר בין החלקים במערכת. היות ומדובר על כוחות אלקטרומגנטיים ניתן באופן תיאורטי לשדר אותם למרחקים, כשם שניתן לשדר גלי רדיו, אך עם זאת, השידור גורר הפסדים בהספק החשמל.

ניקולה טסלה, שהושפע מתגליותיו של פאראדיי בתחום האלקטרומגנטיות, הדגים בשנת 1899 שידור חשמל למרחק של 28 מייל באמצעות השראה (אינדוקציה) ללא מגע ישיר. למרות ניסיונות שונים לפתח את המצאתו, "סליל טסלה", ולשדר אנרגיה ממקום למקום ללא צורך בכבלים,הרעיון של חשמל אלחוטי לא התקדם מסחרית במשך שנים רבות.

משטחי חשמל אלחוטי אינם יעילים יותר ממטענים רגילים, והנצילות שלהם עומדת על כ-70% מהנצילות במטענים רגילים, כך לפי איגוד החשמל האלחוטי. במשק החשמל קיימים איבודים של 7%-10% מאספקת החשמל, כתוצאה מהתנגדות הקיימת בקווי המתח, והמרת התנגדות זו לאנרגיית חום. ההערכה היא כי על כל עשרה טון פחמן הנשרפים בתהליך ייצור החשמל, טון אחד הולך לאיבוד רק בגלל האובדן לאורך קווי ההולכה. על-פי מאמר בנושא שפורסם בירחון נשיונל ג'אוגרפיק, כמות האנרגיה ההולכת לאיבוד בארה"ב מדי שנה שווה לאספקת החשמל עבור ארבעה עשר ערים בגודלה של העיר ניו יורק. בנוסף, העלאת והורדת המתח לצורך שינועו תורמים לאיבוד אנרגיה נוסף והחום בקווי החשמל שוחק את קווי המתח, נושא בעייתי לפתרון.

תשכחו מהמטען לאייפון

לאחרונה, חברת Power Mat הישראלית הצליחה לפרוץ לתודעה העולמית כששחררה משטח הטענה אלחוטי למכשירי Iphone. החברה הצליחה לגייס חמישה מיליון דולר מחברת General Motors, וחתמה על הסכמים להטמעת הטכנולוגיה ברהיטים ומוצרי חשמל עם מספר חברות. ביניהם ניתן למצוא את חברת Teknion Haier וקוואלקום. חברות נוספות מנסות להוביל את השינוי לעידן החשמל האלחוטי כמו WiTricity Power, Cast. חברת Fulton Innovations אשר מוכרת כבר כעשור בתחום האנרגיה חברה לאחרונה לאיגוד החשמל האלחוטי WPC, המאגד חברות מתחומים שונים (Nokia, Energizer, HTC, LG, Samsong, BestBuy ועוד) לצורך קביעת סטנדרטים לשידור חשמל אלחוטי שקיבלו את השם Qi.

המוצרים המספקים חשמל אלחוטי היום נחלקים לשניים: השראה בשדה קרוב, כפי שמיושם בשנאים או במשטחי טעינה. ושידור החשמל למרחק, כפי שנוסה על-ידי טסלה. בשטח זה הצליחה חברת WiTricity לשדר חשמל לנורה במרחק שני מטרים בניצולת של45%, והיא צופה לשפר את הנצילות ליותר מ-70% ואולי אף ל-90%.

משטחי טעינה אלחוטיים מתחילים לחדור גם אל תעשיית הרכב, חברות שונות חתמו על הסכמים עם יצרניות רכבים וחלקי רכבים (Toyota, General Motors, Delphi Automotives). המשטחים אמורים לאפשר טעינת מכשירים חשמליים בתוך סביבת הרכב המצומצמת אשר אינה מאפשרת חיבור פשוט של שקעים חשמליים. בנוסף, פתרונות טעינה אלחוטית לרכבים חשמליים אמורים לפשט את תהליך הטעינה של הרכב ולאפשר טעינה בכל מקום, ואולי בעתיד, גם הנעה ישירה של הרכב בדומה לקרונועים החשמליים אך ללא הכבלים.

הפתרונות השונים של החברות מאפשרים הטענת צרכני חשמל קטנים. אך קיימים בשוק גם משטחים להפעלת צרכני חשמל גדולים יותר דוגמת בלנדר, מעבדי מזון ואפילו טלוויזיות. חברת WiTricity, הצליחה לשדר 3000W בצורה אלחוטית, די והותר לטעינת רכב חשמלי והפעלת רוב מוצרי החשמל הביתיים.

האם חשמל אלחוטי הוא בטוח?

אחד האיומים המרחפים מעל טכנולוגיית החשמל האלחוטי הינו בעיית הקרינה. בכל מקום בו עובר זרם חשמלי מתלווה אליו תופעה המכונה "קרינה בלתי מייננת". על אף החשש שתופעה זו מעוררת באוכלוסיה, גם המתנגדים הנחרצים ביותר נגד החשיפה לקרינה בלתי מייננת אינם סבורים שיש לוותר על השימוש בחשמל על מנת להימנע מהמפגע.

חוק הקרינה הבלתי מייננת התשס"ו 2006, נועד להגן על הציבור מההשפעות האפשרויות של קרינה בלתי מייננת על בריאות הציבור. החוק קובע כי בנוסף להיתר בנייה הניתן על- ידי מוסדות התכנון, הקמה והפעלה של מקור קרינה טעונה גם היתר מטעם הממונה במשרד להגנת הסביבה. החוק מורה על הפחתת חשיפת קרינה בלתי מייננת לציבור. בכל מקרה הקשור לחשיפה לקרינה בלתי מייננת מרשת החשמל, יש צורך לנהוג במידת זהירות. דו"ח ועדת המומחים קובע כי "הפחתה ככל האפשר, בעלויות סבירות ובאמצעים טכניים מקובלים, של השדות המגנטיים אליהם נחשף הציבור בישראל ממרכיבים שונים של רשת החשמל; וזאת אל מתחת ל"סף החשיפה העליון" בשיעור של 1000 מיליגואס שנקבע על ידי ICNIRP, WHO ואחרים עבור חשיפות ואפקטים קצרי טווח".

קיימת המלצה מטעם המשרד להגנת הסביבה על הגבלת החשיפה לקרינה בלתי מייננת לסף של 2 MG בממוצע על פני 24 שעות. אולם, המלצה זו אינה מעוגנת בחוק או בתקנות. ההמלצות בדוח וועדת המומחים מתייחסות למרחקי בטיחות ולא לעוצמות קרינה מותרות.

לסיכום, נראה כי מגמות בתחום החשמל האלחוטי צפויות עוד להתפתח. שוק המכשירים הניידים כולל בתוכו גם את קוצבי הלב ומכשירי העזר לנכים ומוגבלים, ויוכל לשמש בתחום הרובוטיקה הרפואית. הפעלת מכשירים במטבח, הופכת בטוחה יותר היות והמשטחים חסינים למים ואינם מאפשרים מעבר חשמל לגוף שאינו מסונכרן לתדר המשודר. ככל שתחום האלחוט מתקדם, כך צפויות התקדמויות גם בתחום החשמל האלחוטי. יש לקוות שהגופים בתחום יקחו על עצמם לשמור על הבטיחות ולעדכן בהתאם נהלים לשימוש והפצת הטכנולוגיה.