هیدروژن به عنوان سوخت هواپیماها کاربردی می‌شود
با گذشت زمان، اتحادیه‌ی اروپا دستورالعمل‌های دقیق‌تری را برای جایگزینی انرژی‌های پاک و دوستدار محیط زیست وضع می‌کند. به تازگی نیز با انتشار طرحی موسوم به «استراتژی هیدروژن» صنایع را متوجه نقشی کرده است که این عنصر می‌تواند در فعالیت‌های آینده ایفا کند. صنعت هوایی از جمله‌ی این فعالیت‌هاست که جایگزینی سوخت پاک در آن دشوار و نیازمند برنامه‌ریزی دقیق‌تری است.
این‌طور که پیداست، هیدروژن تجدیدپذیر نقشی اساسی در آینده‌ی صنعت در اروپا ایفا خواهد کرد. طبق تعهد، اتحادیه‌ی اروپا موظف است حداکثر تا سال ۲۰۵۰ میلادی (۱۴۲۹ خورشیدی)، گازهای گلخانه‌ای پراکنده شده از سوخت‌ها را کاهش دهد و به اصطلاح دارای صنایع «کربن-خنثی» باشد. توجه به این امر به ویژه در صنایع دشوارتر مانند صنعت هوایی اهمیت زیادی دارد و این موضوعی است که در «استراتژی هیدروژن» که به تازگی از سوی اتحادیه‌ی اروپا منتشر شده به آن اشاره شده است.
طی سال‌های اخیر به روشنی دیده می‌شود که الکتریسیته نقش پررنگی در مصرف انرژی در آینده و از جمله در اتحادیه‌ی اروپا ایفا خواهد کرد. در این زمینه پیشرفت باتری‌های آینده هم به عنوان یک عامل مؤثر شناخته می‌شود اما خوب است بدانیم تمام انرژی مورد نیاز در آینده از این راه تأمین نخواهد شد. این طور که در «استراتژی هیدروژن» بیان شده، هیدروژن پتانسیل بالایی برای پر کردن خلاءهای موجود در زمینه‌ی کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی به ویژه در بخش‌های دشوار صنعت حمل‌ونقل دارد.
این موضوع وقتی اهمیت بیش‌تری می‌یابد که بدانیم هم‌اکنون صنایع هوایی یکی از عوامل مؤثر در تولید گازهای گلخانه‌ای در جهان است. هرچند در هواپیماهای امروزی در جهت بازدهی بالای سامانه‌های پیشرانش تلاش شده اما هنوز انتشار گازهای گلخانه‌ای به میزانی است که باید به فکر راه‌های جایگزین برای تولید پیشرانه باشیم. و قطعا از جمله مهم‌ترین راه‌های پیش رو، استفاده از سوخت‌های پاک مانند هیدروژن است. وسایلی که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می‌کنند، تنها «آب» را به عنوان فرآورده‌های واکنش تولید می‌کنند که مزیت بالایی برای محیط زیست محسوب می‌شود.
طراحی مفهومی هواپیماهایی با سوخت پاک | عکس از زونوم آئرو
کاربرد هیدروژن در صنعت هوایی چیست؟
برای نمونه در صنعت هوانوردی، می‌توان هیدروژن را در پیل‌های سوختی به کار برد تا پیشرانش الکتریکی را راه‌اندازی کند و یا به طور مستقیم در توربین گازی مورد احتراق قرار بگیرد. علاوه بر این می‌توان از هیدروژن، الکتریسیته و کربن دی‌اکسید جداسازی شده برای تولید سوخت‌های کربن-خنثی در هواگردها استفاده کرد.
لازم به ذکر است که بیش‌تر هیدروژنی که امروزه تولید می‌شود، حاصل تغییر متان از گاز طبیعی (به عنوان یک سوخت فسیلی) است و بنابراین باعث تولید کربن دی‌اکسید می‌گردد. در صورتی که «هیدروژن تجدیدپذیر» از فرآیند الکترولیزی به دست می‌آید که انرژی آن توسط الکتریسیته‌ی حاصل از سوخت‌های پاک مانند نور خورشید، باد یا دیگر منابع تجدیدپذیر تأمین می‌شود. «هیدروژن پاک» و «هیدروژن سبز» دیگر نام‌هایی است که به هیدروژن تولید شده از این روش گفته می‌شود.
هیدروژن تجدیدپذیر یا پاک، به هیدروژنی گفته می‌شود که در فرآیند تولید آن از سوخت‌های فسیلی و نشردهنده‌ی گازهای گلخانه‌ای استفاده نمی‌شود.
افق دید «استراتژی هیدروژن»
«استراتژی هیدروژن» افق دیدی را تعیین می‌کند که در آن باید تا سال ۲۰۲۴ میلادی (۱۴۰۳ خورشیدی) حداقل الکترولیزگرهای شش گیگاواتی در کشورهای عضو اتحادیه‌ی اروپا نصب شود و این رقم باید تا ۲۰۳۰ به ۴۰ گیگاوت برسد. این طرح بیان می‌کند که در فاز دوم که از ۲۰۲۵ تا ۲۰۳۰ میلادی (۱۴۰۴ تا ۱۴۰۹ خورشیدی) خواهد بود، تولید هیدروژن تجدیدپذیر، به ۱۰ میلیون تن در سال خواهد رسید.
انتظار می‌رود که در این دوران رشد، تولید هیدروژن تجدیدپذیر، از نظر اقتصادی قابل رقابت با دیگر شکل‌های تولید هیدروژن باشد. با این وجود در استراتژی هیدروژن تأکید می‌شود که هم‌چنان سیاست‌های پشتیبان برای رشد تقاضا در کاربردهای تازه مانند صنایع فولاد، باربری، راه آهن و برخی از زمینه‌های حمل‌ونقل دریایی لازم است.
در فاز سوم و از ۲۰۳۰ تا ۲۰۵۰ میلادی، فن‌آوری‌های تولید هیدروژن تجدیدپذیر باید به بلوغ برسند. هیدروژن و نیز سوخت‌های مصنوعی بر پایه‌ی هیدروژن، باید بیش‌تر در صنایع دشوار در زمینه‌ی کربن-زدایی مانند هوانوردی و صنایع دریایی کاربردی شود. اما از سویی تولید الکتریسیته‌ی تجدیدپذیر نیز به شدت افزایش خواهد داشت زیرا تقریبا یک چهارم آن می‌تواند برای تولید هیدروژن مورد نیاز باشد.
نکته‌ی مثبت دیگر در زمینه‌ی استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت آن است که طبق پژوهش‌ها و آزمایش‌های اولیه، این نوع هواپیماها می‌توانند به اندازه‌ی هواپیماهای معمول سرعت داشته باشند و بیش از ۱۰۰ مسافر را در هر پرواز تا هزاران کیلومتر جابه‌جا کنند.
شرکت‌های هوایی بزرگ، پیشگام در استفاده از هیدروژن
شرکت‌های هوایی از هم‌اکنون گام‌هایی در این زمینه برداشته‌اند. برای نمونه بویینگ مطالعات گسترده‌ای در این زمینه دارد و در سال ۲۰۰۸ (۱۳۸۷ خورشیدی) نخستین هواپیمای پیل سوختی را به پرواز درآورد.
ایرباس نیز هیدروژن را برای هواپیمای بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای (انتشار-خنثی) خود که تا سال ۲۰۳۵ میلادی (۱۴۱۴ خورشیدی) می‌خواهد در بازار داشته باشد، کاربردی می‌داند. از جمله گزینه‌هایی که این شرکت پیش رو دارد می‌توان به استفاده از هیدروژن در پیل‌های سوختی برای کاربردهای غیرپیشرانشی مانند برق اضطراری و کمکی اشاره کرد. علاوه بر این به گفته‌ی ایرباس، به عنوان دیگر پتانسیل‌های بهره‌گیری از هیدروژن تجدیدپذیر، می‌توان پیل‌های سوختی پیشرانشی، احتراق مستقیم در موتورهای توربوفن و قطران نفت سفید مصنوعی را نام برد.
هم‌چنین مرکز هوافضای آلمان (DLR) در سال ۲۰۱۶ (۱۳۹۵ خورشیدی) نخستین هواپیمای چهارنفره‌ی هیدروژنی را با همکاری دانشگاه ULM و شرکت H2FLY آزمایش کرد. به نظر می‌رسد که اروپا با رهبری در بسیاری از فن‌آوری‌های هیدروژن‌محور، نقش پررنگی در آینده‌ی حمل‌ونقل سبز خواهد داشت. این طور که دکتر «ژوزف کالو» از مرکز هوافضای آلمان می‌گوید: «اروپا [در زمینه‌ی حمل‌ونقل هیدروژن‌محور] بسیار جلوتر است. پروژه‌هایی در آمریکا و چین انجام شده است اما به اندازه‌ی ما پیشرفت نداشته‌اند.»
هواپیمای HY4 آژانس هوافضای آلمان | عکس از DLR
علاوه بر استراتژی هیدروژن، کمیسیون اروپا قصد دارد که در «استراتژی تحرک پایدار و هوشمند» خود نیز استفاده از هیدروژن در بخش حمل‌ونقل را مورد بررسی قرار دهد؛ طرحی که قرار است تا پایان امسال ارائه شود. این طرح بخشی از «معامله سبز اروپا» است که در دی ماه گذشته منتشر شد و شامل یک ابتکار عمل (موسوم به ReFuel EU Aviation) برای تقویت عرضه و تقاضا در زمینه‌ی سوخت‌های پایدار هوایی نیز هست. انتظار می‌رود که استراتژی تحرک پایدار و هوشمند، در پاییز امسال ارائه شود.
هرچند هنوز چالش‌های بسیاری پیش روست اما اگر دانشمندان بتوانند به راه حل‌های بهتری دست پیدا کنند، باید گفت که آینده‌ی صنایع هوایی به مراتب سبزتر از امروز خواهد بود. به این ترتیب و با توجه دولت‌ها و سیاست‌گذاری‌ها به هیدروژن پاک، دور از انتظار نیست که پس از این شاهد برنامه‌ریزی شرکت‌های بیش‌تری برای استفاده از این پتانسیل باشیم. اقدامی که برای آینده یک ضرورت است.
عکس کاور از ایرباس
منابع: Aviation Week , Tech Xplore
