من الناحية النظرية ، من الممكن إنتاج وقود للطائرات من الماء وثاني أكسيد الكربون والطاقة من الشمس ، لكن القيام بذلك خارج المختبر أثبت أنه يمثل تحديًا. أنشأ الباحثون الآن أول نظام متكامل تمامًا قادر على القيام بذلك على نطاق واسع في هذا المجال.
يمثل الطيران حوالي خمسة بالمائة من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية ، وقد ثبت أنه من الصعب للغاية إزالة الكربون. بينما اعتمدت القطاعات الأخرى على الكهرباء للتحول من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة ، فإن قيود الوزن الصارمة للطيران تجعل الاعتماد على طاقة البطارية غير ممكن في أي وقت في المستقبل القريب.
هناك إجماع متزايد على أن أي طريق واقعي لإزالة الكربون من الطيران بحلول منتصف هذا القرن سيتطلب استخدام أنواع وقود مستدامة ، والتي تشير إلى الوقود الذي يعمل مع المحركات النفاثة الحالية والبنية التحتية للتزويد بالوقود. المنطق هو أن أي مصدر طاقة بديل مثل البطاريات ، سائل الهدرجة، أو تتطلب الأمونيا السائلة مستويات غير واقعية من الاستثمار في الطائرات الجديدة وأنظمة تخزين الوقود وتوزيعه.
يدرس الباحثون مجموعة متنوعة من الأساليب لصنع وقود طيران مستدام. الأكثر شيوعًا اليوم هو إنتاج الكيروسين عن طريق تفاعل الزيوت الحيوانية أو النباتية مع الهيدروجين. النهج راسخ ، ولكن هناك مصادر متجددة محدودة لهذه المواد الأولية وهناك منافسة من وقود الديزل الحيوي من قطاع السيارات.
يتضمن النهج الناشئ خلق الوقود عن طريق الجمع المباشر بين اللون الأخضر الهدرجة مع أول أكسيد الكربون المشتق من ثاني أكسيد الكربون المحتجز. يعتبر هذا الأمر أكثر صعوبة لأن جميع الخطوات المتضمنة - التحليل الكهربي للماء لتكوين الهيدروجين الأخضر ، والتقاط ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو المصادر الصناعية ، وتقليل ثاني أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون والجمع بينهما لإنتاج الكيروسين - تستخدم الكثير من طاقة.
الميزة هي أن المكونات الخام وفيرة ، لذا فإن إيجاد طريقة لتقليل متطلبات الطاقة يمكن أن يفتح الباب أمام مصدر جديد وفير للوقود المستدام. يمكن أن يكون إنشاء مصنع جديد يستخدم مجموعة من المرايا لتوجيه ضوء الشمس نحو مفاعل شمسي أعلى برج مقاربة واعدة.
"نحن أول من أظهر سلسلة العمليات الكيميائية الحرارية بأكملها من الماء وثاني أكسيد الكربون إلى الكيروسين في نظام برج شمسي متكامل تمامًا ،" ألدو شتاينفيلد من ETH زيورخ ، الذي قاد البحث ، وقال في بيان صحفي. "تم تشغيل محطة وقود برج الطاقة الشمسية هذه مع إعداد ذي صلة بالتنفيذ الصناعي ، مما وضع معلمًا تقنيًا نحو إنتاج وقود طيران مستدام."
المنشأة ، الموصوفة في الورق في جول وحدة طاقة, يتميز بـ 169 لوحة عاكسة لتتبع الشمس تعيد توجيه أشعة الشمس وتركيزها في المفاعل الشمسي الموجود على قمة برج يبلغ ارتفاعه 49 قدمًا. يتم ضخ الماء وثاني أكسيد الكربون في المفاعل الشمسي ، الذي يحتوي على هيكل مسامي مصنوع من السيريا ، وهو أكسيد السيريوم المعدني الأرضي النادر.
تساعد سيريا على دفع تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يزيل الأكسجين من الماء وثاني أكسيد الكربون لإنشاء خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين المعروف باسم غاز التخليق. لا يتم استهلاك سيريا بهذه العملية ويمكن إعادة استخدامها ، بينما يتم إطلاق الأكسجين الزائد ببساطة في الغلاف الجوي. يتم ضخ الغاز التخليقي أسفل البرج إلى محول غاز إلى سائل ، حيث تتم معالجته إلى وقود سائل يحتوي على 2 بالمائة من الكيروسين و 16 بالمائة من الديزل.
باستخدام حرارة الشمس لدفع العملية بأكملها ، يوفر الإعداد طريقة للتغلب على متطلبات الكهرباء الكبيرة للطرق التقليدية. ومع ذلك ، لاحظ الباحثون أن كفاءة نظامهم لا تزال منخفضة نسبيًا. تم تحويل أربعة في المائة فقط من الطاقة الشمسية التي تم التقاطها إلى طاقة كيميائية في الغاز التخليقي ، على الرغم من أنهم يرون طريقًا لزيادة ذلك إلى أكثر من 15 في المائة.
تعد مستويات الإنتاج الإجمالية أيضًا بعيدة جدًا عما هو مطلوب لإحداث تأثير في متطلبات الوقود في صناعة الطيران. على الرغم من أن المنشأة تشغل مساحة تعادل موقف سيارات صغير ، إلا أنها كانت قادرة فقط على إنتاج ما يزيد قليلاً عن 5,000 لتر من غاز التخليق في 9 أيام. بالنظر إلى أن 16 في المائة فقط من ذلك تم تحويله بعد ذلك إلى كيروسين ، سيتعين على التكنولوجيا أن تتوسع بشكل كبير.
لكن هذا هو أكبر عرض على نطاق واسع لاستخدام ضوء الشمس لإنشاء وقود مستدام حتى الآن ، وكما يشير الباحثون ، فإن الإعداد واقعي صناعيًا. مع المزيد من التغيير والتبديل ، قد يوفر هذا يومًا ما طريقة واعدة للتأكد من أن رحلاتنا أقل عبئًا على البيئة.
حقوق الصورة: ETH Zurich
