وقود الطائرات من الهواء مستقبل خالٍ من الانبعاثات

تخيل أن تستقل رحلة طيران من سياتل إلى لندن، ولكن بدلاً من حرق الوقود الأحفوري، يعمل محرك الطائرة على وقود مستخرج حرفياً من الهواء.

يبدو الأمر وكأنه خيال علمي، لكن مختبرات الأبحاث تعمل بالفعل على تحقيق ذلك. حتى الآن على نطاق صغير جداً. تسحب فئة جديدة من وقود الطيران المستدام (SAF) ثاني أكسيد الكربون (CO₂) من الهواء وتحوله إلى وقود للطائرات، مما يقدم لمحة عن مستقبل يمكن أن يكون فيه الطيران خالياً من الانبعاثات تقريباً.

ما هي المشكلة؟ لا يزال سعر هذا الوقود الإلكتروني مرتفعًا للغاية.

التكلفة العالية والإمكانيات المحتملة للوقود الإلكتروني

تختلف أسعار وقود الطيران المستدام باختلاف طريقة تصنيعه، ولم يتم استخدام أي من هذه الأنواع من الوقود على نطاق واسع حتى الآن.

هناك نوعان رئيسيان: وقود الوقود الحيوي المستند إلى الوقود الحيوي SAF، المصنوع من مواد عضوية مثل زيت الطهي المستعمل والمخلفات الزراعية، ووقود الوقود الإلكتروني المستند إلى الوقود الحيوي (المعروف أيضاً باسم الوقود الكهربائي، والوقود الإلكتروني الكيروسين)، المصنوع من الهيدروجين المتجدد وثاني أكسيد الكربون المستخلص من الهواء.

والوقود الإلكتروني هو الخيار الأكثر تكلفة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى ارتفاع تكلفة احتجاز الكربون والتحليل الكهربائي. لكنها تحمل وعودًا هائلة: يمكن أن تكون محايدة كربونياً بالفعل.

يقول كاميل موتريل، مسؤول سياسات الطيران في منظمة النقل والبيئة، وهي منظمة أوروبية غير ربحية تركز على النقل المستدام: "من بين جميع بدائل وقود الطائرات الأحفوري، يوفر الوقود الإلكتروني أكثر الطرق الواعدة لإزالة الكربون من قطاع الطيران". "على عكس الوقود الأحيائي SAF، الذي يحده توافر المواد الأولية والمخاوف المتعلقة باستخدام الأراضي، يمكن زيادة الكيروسين الإلكتروني بشكل مستدام لتلبية الطلب على وقود الطيران دون التنافس مع إنتاج الغذاء."

ويضيف موتريل أن انبعاثات دورة حياة وقود الوقود الإلكتروني SAF يمكن أن تقترب من الصفر خاصة عندما يتم تصنيعه باستخدام ثاني أكسيد الكربون الذي يتم التقاطه مباشرة من الهواء ويتم تشغيله بالكهرباء المتجددة.

وعلى الرغم من أن السوق لا تزال ناشئة، إلا أنه من المتوقع أن تبدأ أولى الرحلات الجوية التجارية التي تستخدم الوقود الإلكتروني، على الأقل جزئياً، بحلول عام 2030، كما يقول موتريل. ويجري بالفعل تنفيذ أكثر من 30 مشروعًا على نطاق صناعي في جميع أنحاء أوروبا، وبدأت شركات الطيران الكبرى بما في ذلك يونايتد إيرلاينز وشركة IAG في الاستثمار.

ويضيف موتريل قائلاً: "نتوقع انتشاراً أوسع نطاقاً في ثلاثينيات القرن الحالي مع زيادة الإنتاج وانخفاض التكاليف".

ووفقًا لوكالة سلامة الطيران الأوروبية، يبلغ متوسط سعر الوقود الإلكتروني حاليًا 7,695 يورو (حوالي 8,720 دولارًا أمريكيًا) للطن الواحد. أما وقود SAF القائم على الوقود الحيوي فهو أرخص، حيث يبلغ 2085 يورو (حوالي 2365 دولارًا) للطن الواحد، ولكنه لا يزال أغلى بكثير من وقود الطائرات التقليدي، الذي يبلغ متوسط سعره 734 يورو (حوالي 830 دولارًا) للطن الواحد.

وتفسر هذه الفجوة السعرية الهائلة سبب بطء اعتماد وقود SAF وخاصة الوقود الإلكتروني.

تحويل الهواء إلى وقود طائرات

Loading image...

إذن ما هو العلم الذي يمكن أن يمد طائرة دريملاينر تزن 280 طناً بالطاقة عبر المحيط الأطلسي باستخدام الهواء والماء والطاقة المتجددة فقط؟

يتجنب الوقود المحتجز للكربون المخاطر البيئية للوقود الحيوي التقليدي، الذي يعتمد غالبًا على محاصيل أحادية الزراعة مثل قصب السكر التي يمكن أن تضر بالتنوع البيولوجي وتنافس إنتاج الغذاء.

وبدلًا من ذلك، يستخدم الوقود الإلكتروني وقود الاحتباس الحراري ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي (أو الانبعاثات الصناعية)، بالإضافة إلى الهيدروجين المستخرج من الماء عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام الكهرباء المتجددة. والنتيجة هي وقود نفاث اصطناعي يمكن استخدامه في محركات الطائرات الحالية، وإعادة تدوير الكربون بدلاً من إضافة المزيد إلى الغلاف الجوي.

ومن بين الشركات الرائدة في هذا النهج شركة Twelve، وهي شركة ناشئة مقرها كاليفورنيا تعمل على تطوير التحليل الكهربائي لغاز ثاني أكسيد الكربون بدرجة حرارة منخفضة. إنها طريقة موفرة للطاقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غاز تخليقي، وهو أساس الوقود الاصطناعي، أو ببساطة مصنوع من شيء آخر غير الموارد الأحفورية الطبيعية.

يقول أشوين جادهاف، نائب رئيس قسم تطوير الأعمال في شركة Twelve: "طريقتنا هي طريقة الكيمياء الكهربائية، حيث نقوم بالتحليل الكهربائي لغاز ثاني أكسيد الكربون في الواجهة الأمامية ونقوم بذلك في درجات حرارة منخفضة". "لا يوجد الكثير من الأشخاص الذين يركزون على ذلك."

وتستخدم هذه العملية ذات درجات الحرارة المنخفضة طاقة أقل من الطرق التقليدية عالية الحرارة وتتكامل بسهولة مع الرياح والطاقة الشمسية، مما يجعل إنتاج الوقود الإلكتروني أكثر كفاءة وقابلية للتطوير. يمكن أن يقلل هذا "الوقود القائم على الهواء" من الانبعاثات بنسبة تصل إلى 90% مقارنة بوقود الطائرات الأحفوري، دون الحاجة إلى الحفر والتكرير والتلوث الناتج عن النفط، وفقًا لممثلي شركة Twelve.

يُفتتح أول مصنع إنتاج لشركة Twelve، الذي يحمل اسم AirPlant One، هذا العام في ولاية واشنطن، وتخطط الشركة لإنتاج 50,000 جالون من وقود الطائرات المستدام (SAF) سنوياً. وتُعد شركة يونايتد إيرلاينز أحد الداعمين الرئيسيين الذين يساعدون في جعل هذه الجولة الأولى من الإنتاج على نطاق واسع ممكنة. وقد وقعت شركة Twelve أيضاً صفقة كبيرة لتوريد 260 مليون جالون من وقود SAF على مدار 14 عاماً إلى مجموعة الخطوط الجوية الدولية في أوروبا (التي تمتلك خطوط Vueling و Iberia و Air Lingus والخطوط الجوية البريطانية).

وعلى الرغم من أن وقود شركة Twelve لم يزود أي رحلة طيران تجارية بالطاقة حتى الآن، إلا أن الشركة تهدف إلى توفير الوقود الإلكتروني للرحلات الجوية خلال العام المقبل. وتدخل مايكروسوفت في شراكة ثلاثية مع خطوط ألاسكا الجوية وشركة Twelve، حيث ستقوم مايكروسوفت بموجبها بتعويض انبعاثات السفر التجاري الناتجة عن سفر الموظفين على متن خطوط ألاسكا الجوية.

وفي الوقت الحالي، من المتوقع أن يتم مزج الوقود الحيوي المستدام الكهربائي مع الوقود الأحفوري حتى يتم توسيع نطاق إنتاج الوقود الحيوي المستدام الكهربائي لملء الخزانات. بموجب لائحة الطيران ReFuelEU الأوروبية، يتعين على الرحلات الجوية داخل أوروبا استخدام 2% من وقود الطائرات المستدام بحلول عام 2025 و 70% بحلول عام 2050 مع أهداف محددة لتبني الوقود الإلكتروني على طول الطريق.

لماذا لم ينطلق الوقود الإلكتروني بعد؟

Loading image...

في حين أن التكنولوجيا الخاصة بالسماء الخضراء موجودة بالفعل، إلا أن التحول من الوقود الأحفوري إلى الطيران المستدام حقًا رحلة طويلة ومعقدة. فالاستثمارات القائمة منذ فترة طويلة في النفط، والاعتبارات السياسية ووتيرة التنظيم، كلها عوامل تلعب دورًا في مدى سرعة التحول.

تقول مارينا إفثيميو، أستاذة إدارة الطيران في جامعة دبلن سيتي: "هناك حاجة إلى وفورات الحجم لخفض الأسعار، لكن التكاليف الأولية المرتفعة لا تشجع شركات الطيران على تبني نظام الطيران المستدام على نطاق واسع". "وبدون تدخلات سياسية قوية مثل الإعانات والإعفاءات الضريبية والتفويضات فإن الفجوة المالية ببساطة كبيرة للغاية بحيث لا يمكن التغلب عليها."

وتشير إلى أن الوقود الإلكتروني يتمتع بأعلى إمكانات خفض الانبعاثات مقارنة بأي وقود كهربائي آخر ولكن أيضًا بأعلى تكاليف بدء التشغيل.

حتى الآن، كان معظم استخدام شركات الطيران لوقود SAF يشمل الوقود الحيوي، وخاصة وقود HEFA-SPK (الإسترات والأحماض الدهنية المعالجة بالماء)، وهي متاحة تجارياً بشكل أكبر.

في نوفمبر 2023، قامت شركة فيرجن أتلانتيك بأول رحلة طيران عبر المحيط الأطلسي تعمل بالكامل بالوقود المستدام المصنوع من نفايات الدهون والسكريات النباتية. لا وقود أحفوري. ولا وقود إلكتروني أيضاً. وأظهر ذلك أن الطيران النظيف ممكن، على الرغم من أن خيارات الجيل التالي مثل الوقود الإلكتروني لا تزال باهظة الثمن وصعبة التوسع.

وقد قامت شركات الطيران، بما في ذلك طيران الإمارات وسيبو باسيفيك وفيرجن أتلانتيك والخطوط الجوية البريطانية، بالطيران باستخدام الوقود الأحفوري الصلب، على الرغم من أن التفاصيل غالباً ما تكون غامضة.

تقول إفثيميو: "لا تتحلى شركات الطيران بالشفافية دائمًا بشأن كمية الوقود SAF التي تستخدمها، أو نسبة المزيج أو نوع الوقود SAF الذي تعتمد عليه".

في جميع قطاعات الطاقة والتكنولوجيا والطيران، يستثمر عدد متزايد من الشركات في وقود الطيران المستدام (SAF). وقد التزمت شركات طيران مثل يونايتد ودلتا ولوفتهانزا والخطوط الجوية اليابانية والخطوط الجوية الفرنسية-كيه إل إم إم بزيادة استخدام وقود الوقود الصلب المستدام، بينما تقوم شركات الطاقة العملاقة مثل شل وبريتش بتروليوم وتوتال إنرجي بتمويل مرافق إنتاج وقود الوقود الصلب المستدام.

وقد تعهدت شركات التكنولوجيا مثل مايكروسوفت وأمازون وجوجل بشراء الوقود البديل لوقود الطائرات لتعويض انبعاثات السفر التجاري. ومع ذلك، لا يزال الاستثمار في الوقود الكهربي (eSAF) الذي يتم إنتاجه من خلال الجمع بين ثاني أكسيد الكربون المحتجز والكهرباء المتجددة محدودًا للغاية.

وقد وقعت الشركات التي تبنت هذا النوع من الوقود في وقت مبكر مثل الخطوط الجوية المتحدة، ومجموعة لوفتهانزا، وشركة IAG (الشركة الأم للخطوط الجوية البريطانية)، والخطوط الجوية اليابانية شراكات مع شركات مثل Twelve و Infinium و Synhelion. ونظرًا لأن إنتاج الوقود الهيدروكلوروفلوروكربوني العضوي الهيدروجيني الإلكتروني أكثر تكلفة بكثير وأكثر استهلاكًا للطاقة من الوقود الأحيائي SAF، فإن استثمار الشركات لا يزال حذرًا، وسيعتمد النشر على نطاق واسع بشكل كبير على الدعم التنظيمي والإنجازات التكنولوجية.

عوائق الدخول: لماذا الوقود الإلكتروني مكلف للغاية

Loading image...

من الصعب صنع الوقود الإلكتروني بل من الصعب توسيع نطاقه. فالبنية التحتية المطلوبة وحدات احتجاز الكربون، وأنظمة التحليل الكهربائي، ومحطات تخليق الوقود مكلفة في بنائها.

كما يتطلب الإنتاج أيضًا كميات هائلة من الطاقة المتجددة. فالتحليل الكهربائي، الذي يستلزم استخدام الكهرباء لعزل الهيدروجين في الماء، يتطلب وحده توليد الهيدروجين الأخضر على نطاق واسع، وهو ما لا يزال في طور التطور في معظم المناطق.

تقول إفثيميو: "من المحتمل أن يكون الوقود الإلكتروني أكثر أشكال الوقود الهيدروجيني استدامة لأنه يمكن إنتاجه دون استخدام الأراضي أو المدخلات الزراعية أو المواد الأولية للنفايات". "لكن ذلك يعتمد على مصدر الكهرباء وثاني أكسيد الكربون. فالوعد بالاستدامة لا يتحقق إلا إذا كانت المدخلات متجددة حقًا."

وباختصار، لن يكون الوقود الإلكتروني نظيفًا إلا بقدر نظافة الشبكة التي تزوده بالطاقة.

ومع ذلك، فإن الجانب الإيجابي الرئيسي هو أن الوقود الإلكتروني يعمل مع الطائرات الحالية.

تقول إفثيميو: "تشير معظم التقديرات إلى أن الوقود الإلكتروني يمكن أن يصبح أكثر تنافسية من حيث التكلفة بحلول منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، وذلك اعتمادًا على أسعار الكهرباء المتجددة وتسعير الكربون والتحسينات التكنولوجية."

وهناك محطات تجريبية صغيرة الحجم تعمل بالفعل - مثل Ineratec و Atmosfair في ألمانيا، و Infinium و Twelve في الولايات المتحدة.

لكن الأحجام لا تزال ضئيلة والتكاليف مرتفعة.

يقول موتريل: "بدون دفعة تنظيمية قوية، فإن شركات الطيران ليست متحمسة للتحول".

الطريق إلى الإقلاع

ومع ذلك، مع استمرار الاستثمار، ودعم السياسات، والتقدم التكنولوجي، يعتقد الخبراء أن فكرة الطيران بالوقود المصنوع من الهواء يمكن أن تصبح حقيقة واقعة.

وعلى الرغم من براغماتية التحديات التي تواجهها، إلا أن العديد من الخبراء متفائلون.

ومنهم جوناثان كونسل، رئيس قسم الاستدامة في مجموعة الخطوط الجوية الدولية.

يقول كونسل: "بالطبع الهدف النهائي هو أخذ ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الغلاف الجوي". "في البداية، نحن نلتقط ثاني أكسيد الكربون من المنشآت الصناعية لمنع دخوله إلى الهواء. ولكن الخطوة التالية هي الالتقاط المباشر للهواء - أي امتصاص الكربون من الغلاف الجوي نفسه. وهذا ما نريد الوصول إليه حقًا."

ويشير إلى أن إنتاج القوات المسلحة السودانية قد نما بالفعل من 100 طن إلى أكثر من مليون طن في بضع سنوات فقط وهو دليل على أن التوسع ممكن.

وفي حين أن وقود احتجاز الكربون يظل حلاً طويل الأجل وليس واقعاً حالياً، إلا أنه إذا اتفقت الحكومات وشركات الطيران والمبتكرون، فإن فكرة الطيران بالوقود المصنوع من الهواء يمكن أن تنطلق في وقت أقرب مما نتصور.