هل يمكن للطاقة المتجددة أن تجعل السفر الجوي خالياً من الكربون ؟

مع تسارع أزمة المناخ وسعى الاتحاد الأوروبي إلى بلوغ صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050، يجب استهداف كل صناعة تصدر انبعاثات غازات الدفيئة - وتوافق الآراء على أن الطيران سيكون أصعب قطاع يتم إزالة الكربون منه.

السفر الجوي مسؤول عن 2% من انبعاثات الكربون في جميع أنحاء العالم ،وفي العام الماضي بلغ 915 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون - ومن المتوقع أن ترتفع أعداد الركاب بنسبة 70% بحلول منتصف القرن قبل فيروس كورونا.

وقامت شركات الطيران بتيسير 38.1 مليون رحلة فى عام 2018، واستهلكت 95 مليار جالون (360 مليار لتر) من وقود الطائرات - مع تصنيف أقل من 0.1% من ذلك (حوالي 15 مليون لتر) كوقود طيران مستدام (SAF).

وقد يبدو نزع الكربون من جميع هذه الرحلات مهمة مستحيلة، ولكنه لم يمنع الاتحاد الدولي للنقل الجوي - وهو الهيئة التجارية التي تمثل شركات الطيران في العالم - من الوعد بخفض انبعاثات القطاع بنسبة 50 في المائة (مقارنة بعام 2005) بحلول عام 2050.

هل نزع الكربون من الطيران ممكن؟

عندما التزم تحالف الطيران المستدام في المملكة المتحدة في فبراير/شباط بصافي انبعاثات الكربون الصفرية بحلول عام 2050، احتل عناوين الصحف في جميع أنحاء العالم.

لكن خارطة الطريق التي وضعت في مجال إزالة الكربون أدت إلى اتهامات بـ "المحاسبة الإبداعية"،وتشمل الخطة خفض 36.3% من الانبعاثات من خلال تعويض الكربون، و 33% من الطائرات الأكثر كفاءة في استهلاك الوقود، و 4.4% من "العمليات المحسنة" مثل أقل الدوران، و 6% من "تأثير سعر الكربون على الطلب"، و 20.3% فقط من وقود الطيران المستدام (SAF).

والبعض الآخر أكثر تفاؤلاً بأن الوقود نفسه - مصدر الانبعاثات - يمكن التخلص منه بالكامل من الكربون.

وترى لجنة التحولات الدولية في مجال الطاقة التابعة لمركز البحوث أن وقود الوقود الأحفوري - الكيروسين المكرر - يمكن الاستعاضة عنه بتكنولوجيا محايدة من حيث الكربون بحلول عام 2050.

وتسلط اللجنة الضوء على خيارات جميعها تعمل بالطاقة المتجددة: البطاريات الكهربائية والهيدروجين الأخضر (سواء بالنسبة للرحلات القصيرة المدى فقط)؛او الوقود الاصطناعي المنتج من الهيدروجين الأخضر (المصنوعة من تقسيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الكهرباء المتجددة) - المعروف أيضا باسم الوقود الكهربائي أو الوقود الإلكتروني؛ والوقود الحيوي.
وفي حين يمكن إزالة الكربون من النقل البري بالبطاريات أو المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود - التي تعمل بالطاقة المتجددة أو الهيدروجين الأخضر - فإنه لن يكون من السهل على الطائرات التي تتحدى الجاذبية.

ووفقاً لحساب أجرته جامعة بنسلفانيا، فإن طائرة بوينغ 747 التي كانت تسير رحلات من نيويورك إلى لندن ستحتاج إلى طاقة من 3881 طناً من البطاريات لإكمال الرحلة - أي أكثر من عشرة أضعاف الحد الأقصى لوزن إقلاع الطائرة البالغ 333 طناً.

وتقول اللجنة إن كثافة الطاقة في البطاريات ستحتاج إلى تحسين خمس إلى عشر مرات لجعل الكهرباء مجدية للطيران لمسافات طويلة، وهو أمر يتطلب "تغييرات أساسية في كيمياء البطاريات".

ولكن على الرغم من المشكلة في نسبة الطاقة إلى الوزن، من المتفق عليه على نطاق واسع أن الطائرات التي تعمل بالبطاريات - المشحونة باستخدام الطاقة المتجددة - ستستخدم في الرحلات القصيرة المدى في غضون السنوات العشر المقبلة.

وتسرد منظمة الطيران المدني الدولي، وهي وكالة تابعة للأمم المتحدة، ما لا يقل عن 27 طائرة كهربائية تقوم بتطويرها حاليا شركات مثل بوينغ وإيرباص، فضلا عن خمسة نماذج هجينة كهربائية يمكن أن تدفعها جزئيا المحركات الكهربائية.

الطاقة المتجددة "تغذي التجارة العابرة للقارات في الهيدروجين الأخضر"

حتى الآن، لم يتم بناء سوى عدد قليل من الطائرات الخفيفة النموذجية، ولكن هذا لم يوقف أمثال شركة إيزي جيت التي تتعهد بتشغيل أسطول من الطائرات التي تعمل بالبطارية والتي تعمل بـ 180 مقعداً لتغطية خطوطها القصيرة المدى بحلول عام 2030.
وتهدف شركة "إيزي جيت" الشريكة في هذه المهمة إلى الحصول على طائرتها رايت 1 التي تتسع لـ 186 مقعداً، والتي ستحتوي على مجموعة لا تقل عن 560 كيلومتراً، في الخدمة التجارية بحلول عام 2030، مع اختبار رحلة المحرك الكهربائي للطائرة الذي من المقرر أن يبدأ في وقت مبكر من عام 2023.

الهيدروجين الأخضر

مشروع ممول من المفوضية الأوروبية بقيمة 4 ملايين يورو (4.3 مليون دولار) يسمى ENABLEH2 - والذي يرمز إلى "ENABLing المبرد الهيدروجين" - يحقق في استخدام الهيدروجين السائل (LH2) كوقود للطيران، بهدف توفير "خرائط طريق شاملة لإدخال LH2 للطيران المدني" في عام 2021.

المشروع - الذي تقوده جامعة كرانفيلد في المملكة المتحدة - لديه بعض الأسماء الكبيرة وراءه، مع مجلس استشاري بما في ذلك إيرباص ورولز رويس وسيمنس وتوتال واير سيفيل ومطار هيثرو.

ومع ذلك، لا يمكن لشركات الطيران العمل بالوقود الذي وافقت عليه الصناعة تحت رعاية منظمة المعايير ASTM International التي تتخذ من الولايات المتحدة مقراً لها.

وفقا لورقة علمية حديثة من المركز الألماني للفضاء الجوي، للحصول على الوقود الجديد التي سيتم الموافقة عليها للاستخدام التجاري، ASTM تتطلب ما يصل إلى 235،000 غالون (890،000 لتر) من الوقود ليتم اختبارها، "الذي يبدو كمية كبيرة جدا من الوقود الجديد ليتم إنتاجها فقط لأغراض البحث والتطوير".

غير أن إنتاج 000 890 لتر من الهيدروجين المسال لن يتطلب سوى 63 طنا من الهيدروجين، وفقا لحسابات التغذية - ويجري حاليا إنتاج 69 مليون طن من الهيدروجين الرمادي (المستمد من الوقود الأحفوري بلا هوادة) كل عام. ويمكن استخدام هذا H2 الرمادي بدلا من الهيدروجين الأخضر لاختبار البحث والتطوير لأنها متطابقة كيميائيا.

ومع ذلك، تركز معظم شركات الطيران والمدافعين عن الطيران الأخضر على ما يسمى "الوقود المنسدل" الذي يمكن أن يكون بديلا مباشرا لوقود الطائرات التقليدية.

"في الشحن والطيران لمسافات طويلة، فإن احتمال وجود طريق إلى إزالة الكربون الكامل يستتبع استخدام الوقود بدون كربون داخل المحركات القائمة يعني أن طول عمر محركات الشحن والطيران لا يشكل قيدا على وتيرة الانتقال، والتي سيتم تحديدها بدلا من ذلك من خلال التكاليف النسبية للوقود صفر الكربون مقابل الوقود التقليدي.

الوقود الإلكتروني

وفقاً لدراسة أجرتها مجموعة الحملة الدولية للنقل والبيئة في عام 2017، من المرجح أن تبلغ تكلفة وقود الطائرات الكهربائية على المدى القصير 3000 يورو للطن الواحد - أي أعلى بست مرات من Jet A-1.

تكلفة الكهرباء هي المصطلح السائد في تكلفة إنتاج الوقود الكهربائي". "بسعر 0.05 يورو / كيلووات ساعة ، تساهم بـ 1200 يورو / طن من الوقود الكهربي لمنشأة ذات كفاءة تحويل 50% من الكهرباء إلى الوقود.

بالنسبة للكهرباء عند 0.10 يورو / كيلووات ساعة - حول متوسط أسعار الكهرباء الحالية للشبكة في الاتحاد الأوروبي لكبار المستهلكين الصناعيين - يتضاعف هذا إلى 2400 يورو / للطن بدون إمدادات الكهرباء المتجددة منخفضة التكلفة ، لا يمكن للوقود الكهربائي ببساطة أن يتوقع التنافس مع بدائل الوقود الأخرى.

ويجري التخطيط لمشروع في مطار روتردام لاهاي في هولندا، حيث سيتم الاستيلاء على ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الجو، على الرغم من أن هذه المرحلة تبدو أقل تطورا بكثير، مع الشركاء في الاتحاد - بقيادة مهندسين ميكانيكيين ألمان EDL Anlagenbau - لا تزال تجري دراسات "لتحديد المفهوم والهندسة الأساسية".

ويأمل الشركاء لبناء محطة في المطار لإنتاج 1000 لتر من "وقود الطائرات المتجددة من الجو" في اليوم، ولكن لم يتم الإعلان عن أي أهداف للتاريخ أو التكلفة لمثل هذا التطوير.

وفقًا للحسابات التي قام بها باحث مشارك أوسكار سيربيل في جامعة بنسلفانيا ، فإن الوقود الإلكتروني المُنتَج باستخدام الهيدروجين الأخضر وثاني أكسيد الكربون من التقاط الهواء المباشر سيزيد من تكلفة الوقود لكل ميل (1.6 كم) لطائرة بوينج 747 من حوالي 8.55 دولارًا باستخدام A-1 إلى حوالي 15.52 دولارًا،في رحلة نيويورك إلى لندن ، سيؤدي ذلك إلى زيادة تكاليف وقود كل راكب من 73.60 دولارًا إلى 133.60 دولارًا.

لكن سيربيل يشير إلى أن هذا المبلغ الإضافي البالغ 60 دولارًا يمثل فقط 8.5% إضافية على تذكرة طيران عبر المحيط الأطلسي بقيمة 700 دولار.

ويقول: "مقارنة بمضاعفة فواتير المرافق أو تكاليف البنزين ، فإن هذا يجعل الطيران قطاعًا أكثر ملاءمة لاستخدام الوقود الاصطناعي من التدفئة المنزلية أو السيارات".

وتابع:هيكل التكلفة هذا يعني أيضًا أن إزالة الكربون من السفر الجوي التجاري ليست إمكانية بعيدة تعتمد على التطورات الرائدة في تخزين الطاقة ، ولكنها نهج عملي وعملي لتحقيق أهداف الانبعاثات العالمية.

بالإضافة إلى ذلك، من خلال اغتنام هذه الفرصة لإزالة الكربون من الوقود باستخدام الوقود الاصطناعي، يمكن للعالم أن يواصل تطوير وتحسين تقنيات التحليل الكهربائي وتقنيات التقاط الهواء المباشر ، وكلاهما سيلعب دورًا حيويًا في مستقبل العمل المناخي".