Ewan Gribbin, Deepanshu Singh

يمثل الطيران حوالي 3% من الانبعاثات السنوية العالمية لثاني أكسيد الكربون، لكنه يُعتبر غالبًا أحد أصعب الصناعات في إزالة الكربون، وذلك لأن عدد الأشخاص الذين يسافرون جوًا يزداد كل عام، والتقنيات اللازمة لإزالة الكربون بعيدة عن أن تكون جاهزة للنشر على نطاق واسع.

نتيجة لذلك، لن تكون تقنية واحدة أو تغيير في عمليات الطائرات كافية لتحقيق صافي انبعاثات صفرية. سيكون من الضروري استخدام مجموعة من الاستراتيجيات المختلفة، المدعومة بالحوافز والسياسات المناسبة. يمكن أن يشمل ذلك تحديث البنية التحتية للمطارات، وإنتاج وقود مستدام أو تبني تقنيات دفع جديدة.

تم استخدام الكهرباء لإزالة الكربون من صناعة السيارات، والآن يجري استكشافها كمسار محتمل للطيران أيضًا. تستخدم الرحلة التي تعمل بالبطارية الطاقة المخزنة في البطاريات لتشغيل المراوح الكهربائية للدفع. ونظرًا لأنها لا تتضمن حرق الوقود الأحفوري، يمكن للكهرباء أن تقضي على انبعاثات الكربون أثناء الطيران، بالإضافة إلى الغازات الأخرى الضارة بالبيئة.

لكن يمكن أن تُطلق الغازات الدفيئة أثناء إنتاج البطارية وتوليد الكهرباء اللازمة لشحنها. لذا، يجب استخدام مصادر كهرباء مستدامة للشحن، إلى جانب ممارسات تصنيع البطاريات المستدامة، لتقليل الانبعاثات الإجمالية بشكل كبير مقارنة باستخدام وقود الطائرات الأحفوري.

مع ذلك، تواجه الطائرات التي تعمل بالبطاريات تحديات. إذ تزن بطاريات اليوم ما يقرب من 50 مرة أكثر من كمية مماثلة من وقود الطائرات. ويجب أن تحمل الطائرات أيضًا وقودًا أكثر، أو طاقة بطارية، مما تحتاجه للرحلة حتى تتمكن من الاستمرار في الطيران والهبوط بأمان إذا تم تحويلها إلى مطار آخر. بالنسبة إلى المهام القصيرة، يشكل هذا نسبة كبيرة من الوقود الإجمالي الذي يتم حمله، والوزن الإضافي يزيد من الوقود الذي تستهلكه الطائرة، مما يقلل من المسافة التي يمكن أن تقطعها.

مساعدة الطائرات الهجينة على الإقلاع

لهذا السبب يمكن أن تكون الطائرات الهجينة جزءًا من الحل لتحدي إزالة الكربون في الطيران. فالطائرات الهجينة تستخدم مصدرًا إضافيًا للطاقة بالإضافة إلى طاقة البطارية.

هناك خيارات متعددة لمصدر الوقود الثانوي والطريقة التي يتم بها دمج أنظمة الدفع، إذ يمكن حرق الوقود الثانوي في محركه الخاص أو في مولد لتشغيل نفس المحركات التي تشغلها البطارية، على سبيل المثال. وبدلاً من ذلك، يمكن لخلية الوقود أن تولد الكهرباء من التفاعلات الكيميائية باستخدام الهيدروجين. ويمكن استخدام طاقة البطارية والوقود الثانوي لتشغيل الطائرة بشكل متزامن أو بالتناوب.

أحد الخيارات الواعدة للطائرات الهجينة هو استخدام الوقود الأحفوري وتوربوجنيريتور لتوفير الطاقة للاحتياطيات المطلوبة. إذ إن تضمين مصدر وقود إضافي يزيد من تعقيد ووزن الطائرة، لكن تحليلًا أجراه معهد الطيران والفضاء أظهر أن الزيادة يمكن أن تكون أصغر من وزن البطاريات التي ستكون مطلوبة للاحتياطيات. وبينما يمكن أن يزيد الوزن الإضافي من استهلاك الطاقة، فإنه سيزيد من مدى الطائرة.

يمكن تحسين أداء الطائرات الهجينة التي تعمل بالبطاريات بشكل أكبر باستخدام المحركات الكهربائية. وتكون المحركات النفاثة المستخدمة عادةً في طائرات الركاب أكثر كفاءة إذا كانت أكبر، لكن هذا ليس هو الحال بالنسبة للمراوح الكهربائية. ويمكن أن يؤدي وضع مراوح صغيرة متعددة على طول جناح الطائرة أو استخدام مراوح طرف الجناح إلى تحسين الكفاءة الهوائية بشكل كبير.

يمكن أن تستغل تصاميم الطائرات الهجينة المستقبلية هذه الفرص لتقليل الغازات الدفيئة وزيادة مداها.

يمكن للمطارات أيضًا الاستفادة من الطائرات الهجينة

يمكن للطائرات الهجينة أيضًا تقليل البصمة الكربونية للمطار وتحسين جودة الهواء المحلية. ويمكن أن تمثل الطائرات ما يصل إلى 95% من انبعاثات المطار. ويمكن تقليل ذلك باستخدام الطائرات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات للقضاء على انبعاثات الكربون والملوثات الضارة الأخرى.

ستتطلب الرحلة الكهربائية بالكامل بنية تحتية للشحن في كل من مطارات الوصول والمغادرة. ومن ناحية أخرى، تقدم الطائرات الهجينة الكهربائية حلاً جاهزًا للنشر، بينما يتم بناء هذه البنية التحتية للشحن.

يمكن شحن بطاريات الطائرات الهجينة أثناء الطيران أو على الأرض بواسطة محطة توليد طاقة تعمل بالوقود النفطي إذا لم يكن لدى مطار الوجهة بنية تحتية للشحن. وسيقلل هذا من الفوائد البيئية للتشغيل الهجين الكهربائي، لكنه سيوسع عدد المطارات التي يمكن للطائرات الهجينة الطيران إليها أثناء تنفيذ بنية تحتية للشحن.

قيود الطائرات الهجينة الكهربائية

تعتمد الانبعاثات المرتبطة بشحن البطارية بشكل كبير على مصدر الكهرباء المستخدم. وبالطبع، من المتوقع أن تنخفض انبعاثات الشبكة مع نمو مصادر الطاقة المتجددة، ولكن تحليل معهد الطيران والفضاء يظهر أن استخدام الكهرباء من شبكة الطاقة الحالية لتشغيل طائرة قد ينتج، في بعض المواقع وتحت ظروف معينة، حوالي 25% من ثاني أكسيد الكربون أكثر من استخدام طائرة تعمل بالوقود النفطي.

يمكن أن يكون إنتاج البطاريات أكثر تلويثًا من معالجة وقود الطائرات؛ لأن عمليات التعدين والتصنيع المعنية كثيفة الاستهلاك للطاقة. ومن المحتمل أن تتحسن هذه الأساليب، لكن يظل هناك عدم يقين ويعتمد على نوع البطارية المختارة للطائرة.

لهذا السبب من المهم إنشاء طريق واضح لإزالة الكربون في جميع الصناعات. فالفوائد الناجمة عن بناء المزيد من مرافق توليد الطاقة المتجددة، على سبيل المثال، ستمتد إلى ما هو أبعد من قطاع الطاقة.

جعل الرحلات القصيرة هجينة

في الوقت الحالي، تستهدف معظم الطائرات الهجينة الكهربائية قيد التطوير مدى أقل من 500 كم، وهو قطاع سوقي مسؤول عن أقل من 6% من انبعاثات الركاب العالمية. مع زيادة قوة البطاريات، يمكن للطائرات الهجينة الكهربائية أن تسيطر على سوق الطيران للرحلات القصيرة “أي الرحلات التي تصل إلى 1.500 كم”، والتي تمثل 33% من انبعاثات الركاب العالمية.

ستكون هناك حاجة إلى نهج بديلة لإزالة الكربون من الطيران المتوسطة والطويلة المدى. على سبيل المثال، تطوير بدائل مستدامة لوقود الطائرات أو التحول إلى وقود جديد تمامًا مثل الهيدروجين. وتشكل زيادة الكفاءة من خلال تغييرات الأسطول والتحسينات التشغيلية أيضًا جزءًا مهمًا من الحل الشامل لصافي الانبعاثات الصفرية في الصناعة.

يمكن للطائرات الهجينة الكهربائية أن تقلل بشكل كبير من الانبعاثات الناتجة عن الطائرات التي تطير لمسافات قصيرة، ولديها مدى أطول بكثير من الطائرات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات فقط. حتى مع التحديات الحالية حول الحصول على كمية كافية من الكهرباء من مصادر مستدامة لشحن وتصنيع البطاريات، يمكن للطائرات الهجينة أن تؤدي دورًا حاسمًا في تقليل انبعاثات صناعة الطيران.

بالاقتران مع التقنيات والممارسات الأخرى، يمكن للطائرات الهجينة أن تساعد صناعة الطيران في مواجهة تحدي إزالة الكربون والوصول إلى صافي الصفر.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: World Economic Forum