سوخت‌های الکترونیکی (E-Fuels)؛ امید گران‌قیمت جهان برای کربن‌زدایی حمل‌ونقل سنگین

سوخت الکترونیکی؛ راهکاری برای حمل‌ونقل سنگین

سوخت‌های الکترونیکی برخلاف سوخت‌های فسیلی، کربن تازه‌ای وارد اتمسفر نمی‌کنند و در چرخه‌ای تقریباً خنثی، دی‌اکسید کربن را از هوا می‌گیرند و دوباره به آن پس می‌دهند. این فناوری امکان به حرکت درآوردن هواپیماهای مسافربری بزرگ یا کشتی‌های سنگین را تنها با سوختی که از دی‌اکسید کربن موجود در هوا، آب و برق تجدیدپذیر ساخته شده، فراهم می‌کند.

نمونه‌ای از این آینده، هم‌اکنون در جنوب شیلی تحت پروژه «هارو اونی» شرکت HIF Global در حال اجراست. این پروژه با سرمایه‌گذاری شرکت‌های بزرگی چون پورشه و اکسون‌موبیل، از انرژی باد برای تولید متانول مصنوعی و بنزین الکترونیکی استفاده می‌کند. پروژه‌های مشابهی نیز در شمال آفریقا، ایسلند و شبه‌جزیره عربستان در حال توسعه هستند تا در آینده، متانول الکترونیکی و نفت سفید الکترونیکی (E-Kerosene) را به بازار جهانی صادر کنند.

ضرورت سوخت‌های مصنوعی در صنایع غیرقابل برقی‌شدن

برخی صنایع کلیدی از جمله هوانوردی و کشتیرانی به دلیل ماهیت عملیاتی خود، امکان برقی‌شدن سریع را ندارند؛ بنابراین، استفاده از سوخت‌های مصنوعی و پاک برای کربن‌زدایی این بخش‌ها حیاتی به نظر می‌رسد. با وجود این اهمیت، سهم سوخت‌های مصنوعی در حال حاضر بسیار ناچیز است. به عنوان مثال، در سال ۲۰۲۴ تنها حدود ۰.۳ درصد از سوخت جت جهان، مصنوعی بوده است. اما پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که این رقم ممکن است تا سال ۲۰۵۰ تا ۵۰ درصد افزایش یابد.

مقایسه انواع سوخت‌های مصنوعی

سوخت‌های مصنوعی به طور کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند که دو نوع اول، سهم بیشتری از بازار فعلی را در اختیار دارند:

۱. سوخت‌های بیوشیمیایی (Bio-based fuels)

این سوخت‌ها از چربی‌ها و روغن‌های زائد یا از تخمیر مواد آلی مانند پسماندهای کشاورزی و غذایی تولید می‌شوند و با فرایند هیدروژناسیون کاتالیزوری، هیدروژن به آنها اضافه می‌شود. بیشترین سهم فعلی در بازار سوخت‌های مصنوعی متعلق به این دسته است.

۲. سوخت‌های ترموشیمیایی (Thermochemical fuels)

در این روش، بقایای چوب، زیست‌توده یا حتی پلاستیک‌ها با حرارت بالا به گاز سنتز (CO و H₂) تبدیل می‌شوند و سپس از طریق روش‌هایی مانند فرایند فیشر-تروپش به سوخت مایع تبدیل می‌گردند.

سوخت‌های الکترونیکی؛ امید جدید اما گران

سوخت‌های الکترونیکی تازه‌ترین و هیجان‌انگیزترین گزینه برای کربن‌زدایی هوانوردی و کشتیرانی هستند، به‌ویژه با توجه به محدودیت منابع زیست‌توده. اما مشکل اصلی این سوخت‌ها، مصرف بالای انرژی و هزینه بسیار زیاد مراحل تولید است.

مراحل تولید سوخت الکترونیکی و چالش‌های انرژی

ساخت E-Fuels شامل چهار مرحله اصلی است که هر کدام نیازمند صرف انرژی قابل توجهی هستند:

• جذب دی‌اکسید کربن از هوا (Direct Air Capture): برای جذب هر یک تن دی اکسید کربن، حدود ۱ تا ۳ مگاوات‌ساعت انرژی نیاز است. استفاده از دی اکسید کربن تجاری می‌تواند اقتصادی‌تر باشد، اما معمولاً محصول جانبی صنایع فسیلی است و اثر محیط‌زیستی منفی دارد.
• تولید هیدروژن از آب (Electrolysis): بهترین فناوری‌های الکترولیز حدود ۷۰ درصد راندمان دارند. برای تولید ۱ کیلوگرم هیدروژن، ۵۰ تا ۵۵ کیلووات‌ساعت برق لازم است، در حالی که تنها ۳۳ کیلووات‌ساعت انرژی شیمیایی ذخیره می‌شود؛ این یعنی انرژی ورودی بسیار بیشتر از انرژی خروجی است.
• فشرده‌سازی یا مایع‌سازی هیدروژن: این مرحله به ۱۰ تا ۱۳ کیلووات‌ساعت انرژی برای هر کیلوگرم هیدروژن نیاز دارد. همچنین، حمل‌ونقل هیدروژن به دلیل نشت‌پذیری و شکننده کردن خطوط لوله فولادی، دشوار و پرهزینه است.
• تبدیل دی اکسید کربن و هیدروژن به سوخت: در واکنش‌های فشار و دمای بالا، این دو عنصر ترکیب شده و محصولاتی مانند متانول، پارافین‌ها و واکس‌ها را تولید می‌کنند. فرآیندهای تکمیلی لازم نیز خود انرژی‌بر هستند.

موانع اقتصادی و رقابت قیمتی

مجموع مراحل تولید سوخت الکترونیکی، تلفات انرژی را چند برابر می‌کند. تا زمانی که قیمت برق تجدیدپذیر به میزان زیادی کاهش پیدا نکند، سوخت الکترونیکی گران خواهد ماند. در حال حاضر، اختلاف قیمت برق نسبت به گاز طبیعی در کشورهای پیشرو قابل توجه است:

این اختلاف قیمتی، رقابت سوخت‌های الکترونیکی با سوخت‌های فسیلی را ناممکن می‌سازد.

چشم‌انداز آینده سوخت‌های مصنوعی

بررسی‌ها نشان می‌دهد که تا سال ۲۰۴۰، پایدارترین گزینه‌ها همچنان سوخت‌های بیوشیمیایی و ترموشیمیایی خواهند بود. اما پس از آن، سوخت‌های الکترونیکی سریع‌ترین رشد را تجربه خواهند کرد و تا سال ۲۰۵۰، می‌توانند بیش از ۵۰ درصد کل سوخت‌های مصنوعی جهان را تشکیل دهند. کشورهایی مانند شمال آفریقا، پاتاگونیا و ایسلند که منابع فراوان انرژی تجدیدپذیر دارند، احتمالاً به قطب‌های جدید تجارت انرژی پاک تبدیل خواهند شد.

سوخت‌های الکترونیکی، از نظر علمی و زیست‌محیطی کاملاً امکان‌پذیر هستند و می‌توانند انقلابی در صنایع حمل‌ونقل سنگین ایجاد کنند. اما بزرگ‌ترین مانع فعلی، اقتصاد تولید است. تا زمانی که هزینه برق سبز کاهش نیابد و فناوری‌های مرتبط بهینه‌تر نشوند، این سوخت‌ها همچنان لوکس، محدود و گران‌قیمت باقی خواهند ماند. در عین حال، دولت‌ها باید به‌طور هم‌زمان روی توسعه برق‌رسانی، بهبود بهره‌وری انرژی و گسترش فناوری‌های تجدیدپذیر سرمایه‌گذاری کنند. سوخت‌های الکترونیکی می‌توانند بخشی از راه‌حل باشند، اما به‌تنهایی ناجی جهان نخواهند بود.