الطائرات الكهربائية قيد التطوير وقد تطرح في غضون بضع سنوات

التعامل مع تغير المناخ

وهذا أمر مهم في مجال التعامل مع تغير المناخ، إذ يصدر نحو 3٪ من الانبعاثات العالمية من الطيران اليوم. ومع توقع زيادة عدد الركاب والرحلات الجوية بزيادة عدد السكان، قد يصدر الطيران ثلاثة إلى خمسة أضعاف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2050 مما كان عليه قبل جائحة كوفيد 19.

وتعمل مهندسة الفضاء الأستاذة غوكتشين سينار في جامعة ميشيغان على وضع مفاهيم طيران مستدامة، بما في ذلك الطائرات الهجينة وبدائل وقود الهيدروجين. وسُئلت خلال مقابلة لها مع صحيفة "ذا كونفرزيشن" عن الطرق الرئيسية لخفض الانبعاثات الصادرة عن طيران اليوم وإلى أين تتجه تقنيات مثل الكهرباء والهيدروجين.

ما صعوبات صناعة طائرة كهربائية؟

قالت سينار: تعد الطائرات من أكثر المركبات تعقيداً، ولكن المشكلة الأكبر في تزويدها بالطاقة الكهربائية هي وزن البطارية. وإذا حاولت تزويد طائرة بوينغ 737 بالطاقة الكهربائية بالكامل باستخدام بطاريات اليوم، فسيتعين منك إخراج جميع الركاب والبضائع وملء تلك المساحة بالبطاريات حتى تطير بها لمدة تقل عن ساعة.

وقد يحتوي وقود الطائرات على طاقة أكبر بنحو 50 مرة من البطاريات لكل وحدة كتلة، فإما تستعمل رطلاً واحداً من وقود الطائرات وإما 50 رطلاً من البطاريات. وبغية رأب هذه الفجوة، نحتاج إما إلى جعل بطاريات الليثيوم أيون أخف وزناً أو إلى تطوير بطاريات جديدة تحمل طاقة أكبر. ويجري الآن تطوير بطاريات جديدة، لكنها ليست جاهزة لاستخدامها في الطائرات بعد. وبديل الطائرات الكهربائية هو الطائرات الهجينة.

وأضافت: على أننا قد لا نكون قادرين على تزويد كامل طائرة بوينغ 737 بالطاقة الكهربائية، يمكننا الاستفادة من بعض فوائد حرق الوقود من البطاريات في الطائرات الكبيرة باستخدام أنظمة الدفع الهجينة. ونحاول تحقيق ذلك على المدى القصير، ووضعنا المدة الممتدة بين 2030-2035 هدفاً لطرح الطائرات الإقليمية الأصغر. وكلما قل الوقود الذي يحترق أثناء الطيران، قلت انبعاثات الغازات الدفيئة.

كيف يساعد الطيران الهجين في خفض الانبعاثات؟

تشبه الطائرات الكهربائية الهجينة السيارات الكهربائية الهجينة من حيث أنها تستخدم مزيجاً من البطاريات ووقود الطائرات. لكن تكمن المشكلة في أنه لا توجد صناعة أخرى تأخذ بعين الاعتبار قيود الوزن لتي نطبقها في صناعة الطيران. لهذا السبب علينا أن نكون أذكياء للغاية في كيفية ومدى تهجين نظام الدفع.

ويعد استخدام البطاريات كمساعد للطاقة أثناء الإقلاع والارتفاع من الخيارات الواعدة للغاية. وقد يؤدي السير على المدرج قبل الإقلاع باستخدام الطاقة الكهربائية فقط إلى توفير كمية كبيرة من الوقود وتقليل الانبعاثات المحلية في المطارات. وستواصل المركبات الهجينة حرق الوقود أثناء الطيران، ولكن ربما بدرجة أقل بكثير من مجرد الاعتماد كلياً على وقود الطائرات.

المتوقع من الطيران المستدام على المدى القريب

لفتت سينار إلى أننا سنرى على المدى القصير مزيداً من استخدام وقود الطيران المستدام. ويمكنك باستخدام محركات اليوم تفريغ وقود الطيران المستدام في خزان الوقود نفسه وحرقه، ويستعمل بالفعل الوقود المصنوع من الذرة والبذور الزيتية والطحالب والدهون الأخرى.

وبإمكان وقود الطائرات المستدام أن يقلل صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون للطائرة بنحو 80٪، لكن العرض محدود، واستخدام المزيد من الكتلة الحيوية للوقود قد يؤثر في إنتاج الغذاء ويؤدي إلى إزالة الغابات.

وأشارت إلى أن الخيار الثاني هو استخدام وقود طيران اصطناعي مستدام، والذي يتضمن التقاط الكربون من الهواء أو العمليات الصناعية الأخرى وربطه مع الهيدروجين. ولكن هذه عملية معقدة ومكلفة وليس لها نطاق إنتاج مرتفع حتى الآن.

وبإمكان الخطوط الجوية أيضاً تحسين عملياتها على المدى القصير، مثل تخطيط المسار لتجنب الطيران بطائرات فارغة تقريباً. وهذا قد يقلل أيضاً من الانبعاثات.

هل وقود الهيدروجين خيار للطيران؟

وقالت سينار إن وقود الهيدروجين كان موجوداً منذ فترة طويلة جداً، وعندما يكون هيدروجيناً صديقاً للبيئة – أي يجري إنتاجه بالماء والتحليل الكهربائي المدعوم بالطاقة المتجددة - فإنه لا ينتج ثاني أكسيد الكربون. وقد يحتوي أيضاً على طاقة أكبر لكل وحدة كتلة من البطاريات.

وهناك طريقتان لاستخدام الهيدروجين في الطائرة: إما بديلاً عن وقود الطائرات العادي في المحرك، أو دمجه مع الأكسجين لتشغيل خلايا وقود الهيدروجين، والتي تولد الكهرباء بعد ذلك لتشغيل الطائرة.

ولفتت إلى أن المشكلة هنا هي الحجم - غاز الهيدروجين يشغل مساحة كبيرة. لهذا السبب يبحث المهندسون عن طرق أخرى مثل إبقائه بارداً جداً بحيث يمكن تخزينه كسائل حتى يجري حرقه في الحالة الغازية.

هل ستكون هذه التقنيات قادرة على تلبية أهداف صناعة الطيران في تقليل الانبعاثات؟

أجابت سينار: مشكلة انبعاثات الطيران ليست مستوياتها الحالية، بل هي الخوف من زيادة انبعاثاتها بسرعة مع زيادة الطلب. إذ نتوقع بحلول عام 2050 انبعاثات من ثاني أكسيد الكربون أكبر بثلاث إلى خمس مرات مما كانت عليه قبل الوباء.

وأضافت: يتمثل الهدف الطويل الأجل الذي وضعته منظمة الطيران المدني الدولي، وهي وكالة تابعة للأمم المتحدة، في خفض صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 50٪ بحلول عام 2050 مقارنة بمستويات عام 2005. وسيتطلب الوصول إلى هذا المستوى مزيجاً من التقنيات المختلفة والتحسين. لا أعرف إذا كنا سنكون قادرين على الوصول إليه بحلول عام 2050، لكنني أظن أن علينا بذل كل ما في وسعنا لجعل الطيران المستقبلي مستداماً من الناحية البيئية.