مخلفات الطعام قد تكون وقود طائرات المستقبل

قد نتمكن من تشغيل الطائرات النفاثة في المستقبل من مخلفات الطعام حيث يمكن أن تعمل مخلفات الطعام كوقود طائرات. فبالرغم من غرابة الفكرة، يعتقد باحثون من جامعة إلينوي أوربانا-شامبين أنهم توصلوا إلى عملية تجعل هذا السيناريو غير المتوقع حقيقة واقعة – ولو على نطاق محدود.

في دراسة نُشرت هذا الأسبوع في مجلة Nature Communications، وضع مهندسو الزراعة استراتيجية لتحويل فائض نفايات الطعام إلى وقود حيوي، ثم “تطوير” هذا الوقود ليصبح وقودًا للطائرات يمكن استخدامه مباشرة دون الحاجة إلى تعديلات إضافية في بنية الطائرة. وقد قارن الباحثون الوقود المشتق من نفايات الطعام بمعايير الصناعة ووجدوا أنه يلبي جميع المواصفات اللازمة للوقود النفاث التقليدي.

وعلى الرغم من أن هذه النتائج لا تزال في مرحلة إثبات المفهوم، إلا أنها تفتح إمكانية مثيرة لاستخدام نفايات الطعام (التي لا نعاني من نقص فيها بالتأكيد) للمساعدة في تقريب صناعة الطيران من هدفها الطموح المتمثل في تحقيق انبعاثات كربونية صفرية خلال العقود الثلاثة المقبلة.

“في الاقتصاد الخطي، نقوم بإنتاج شيء ما، واستخدامه، ثم التخلص منه. في هذا المشروع، نأخذ النفايات ونستعيد الطاقة والمواد لصنع منتج قابل للاستخدام. هذا يملأ حلقة مفقودة في النموذج الدائري،” كما صرح البروفيسور يوانهوي تشانغ من جامعة إلينوي أوربانا-شامبين والمؤلف المشارك في الدراسة.

الطائرات متأخرة عن السيارات في خفض الانبعاثات

تقدر وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) أن وسائل النقل شكلت حوالي 29 بالمائة من جميع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة في عام 2022 وحده. من هذه النسبة، جاء حوالي سبعة بالمائة من الطائرات التجارية. خفضت السيارات الحديثة انبعاثاتها في السنوات الأخيرة، ويرجع ذلك جزئيًا إلى التحول نحو الطاقة الكهربائية. وبينما تعد الطائرات التي تعمل بالبطاريات ممكنة نظريًا لبعض الرحلات القصيرة، فإنها ببساطة لا توفر طاقة كافية لتشغيل طائرة ركاب تعبر البلاد (يحمل وقود الطائرات النفاثة حوالي 50 ضعف الطاقة لكل كيلوغرام مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية). ونتيجة لذلك، تأخرت الطائرات النفاثة عن السيارات في خفض الانبعاثات.

لكن ماذا عن ما يسمى بوقود الطيران المستدام (SAF) القائم على الكتلة الحيوية؟ تشير بعض التقديرات إلى أن وقود الطيران المستدام، الذي يشير إلى حد كبير إلى الوقود المشتق من المواد العضوية، يمكن أن يقلل الانبعاثات من الطيران بنسبة تصل إلى 80 بالمائة، مقارنة بوقود الطائرات التقليدي. وفي حين أن الإيثانول وغيره من المشتقات القائمة على الكتلة الحيوية متاحة للسيارات منذ عقود، إلا أنها ظلت أكثر صعوبة للطائرات لأن تركيبتها الكيميائية لا تلبي المتطلبات الأكثر صرامة اللازمة لوقود الطائرات.

تطوير الكتلة الحيوية إلى وقود للطائرات

تلبية هذه المتطلبات هي المجال الذي تدخل فيه نفايات الطعام. في هذه التجربة الجديدة، بدأ الفريق بجمع نفايات الطعام من مصانع معالجة الأغذية القريبة. ثم استخدموا عملية كيميائية تسمى التسييل الحراري المائي (HTL)، والتي تحاكي أساسًا الطريقة التي تخلق بها الأرض بشكل طبيعي النفط الخام من المواد العضوية على مدى ملايين السنين، ولكن دون كل هذا الانتظار. تعمل تقنية HTL كنوع من “طنجرة الضغط” المتطورة لتسريع الجدول الزمني للطبيعة.

مع وفرة النفط الخام المستخرج من بقايا الطعام، شرع الباحثون في تحويله إلى وقود للطائرات من خلال عملية من جزأين. تضمنت الخطوة الأولى إزالة الملح والرماد والرطوبة والشوائب الأخرى. بعد ذلك، استخدموا عملية تنظيف تسمى المعالجة الحفزية الهيدروجينية لإزالة العناصر غير المرغوب فيها الأخرى مثل النيتروجين والكبريت والأكسجين. ما تبقى هي الهيدروكربونات المحددة المطلوبة لصنع وقود الطائرات. اختبروا محفزات مختلفة ووجدوا أن الكوبالت-الموليبدينوم برز كأكثر المحفزات المعدنية فعالية والمتاحة تجاريًا للتفاعلات الكيميائية اللازمة لتكرير النفط إلى وقود الطيران.

أخذ الفريق وقود الطيران المشتق من نفايات الطعام واختبره مقابل معايير الوقود الحالية التي وضعتها الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) وإدارة الطيران الفيدرالية. اجتاز اختبار الفحص ولبى متطلبات الصناعة دون الحاجة إلى إدخال أي إضافات خاصة. هذا يعني أن الوقود يمكن نظريًا أن يشغل طائرة تجارية.

تعد النتائج خطوة أولى لإظهار أن وقود الطيران المشتق من نفايات الطعام ممكن على الأقل. ومع ذلك، فإن إنتاج ما يكفي منه لتزويد طائرة ركاب بأكملها هو تحدٍ آخر تمامًا. يتطلب التوسع على هذا المستوى وقتًا وموارد وتمويلًا كبيرًا خارج نطاق الأوساط الأكاديمية.

“يساعد بحثنا في حل المشكلات العلمية والهندسية، ثم يمكن للصناعة أن تتدخل،” كما قال تشانغ.