مکانیسم سوخت پایدار هوانوردی: چگونه خطوط هوایی پروازها را کربن‌زدایی می‌کنند

صنعت هوانوردی با یک مشکل اساسی فیزیکی روبروست: فناوری‌های باتری کنونی برای تأمین نیروی پروازهای تجاری طولانی‌مدت بسیار سنگین هستند، با این حال این بخش تحت فشار شدید جهانی برای کربن‌زدایی عملیات خود قرار دارد. راه‌حلی که در حال حاضر بر استراتژی و سرمایه‌گذاری صنعت غالب است، سوخت پایدار هوانوردی (SAF) است؛ یک جایگزین «بدون نیاز به تغییر» برای نفت سفید جت-A معمولی که هیچ تغییری در موتورهای موجود هواپیما یا زیرساخت سوخت‌رسانی فرودگاه‌ها نیاز ندارد. برخلاف سوخت جت معمولی که کربن را از اعماق زمین استخراج کرده و در جو منتشر می‌کند، SAF از مواد اولیه تجدیدپذیر تولید می‌شود. از آنجا که این مواد اولیه—از ضایعات کشاورزی گرفته تا روغن پخت و پز استفاده شده—در طول چرخه عمر خود دی‌اکسید کربن جذب کرده‌اند، افزوده‌ی خالص گازهای گلخانه‌ای به شدت کمتر است.[1]

سوخت پایدار هوانوردی، هنگامی که بر اساس چرخه عمر کامل ارزیابی می‌شود، می‌تواند انتشار کربن را تا ۸۰٪ در مقایسه با سوخت‌های فسیلی سنتی کاهش دهد و آن را به اهرم اصلی در تعهد بخش هوانوردی برای رسیدن به انتشار خالص-صفر تا سال ۲۰۵۰ تبدیل می‌کند. مکانیسم SAF کاملاً متکی بر شباهت شیمیایی آن با سوخت جت معمولی است. پس از پالایش، با نفت سفید سنتی ترکیب می‌شود—که در حال حاضر تا نسبت ۵۰٪ مجاز است—و مستقیماً به همان مخازن سوخت و موتورهای جتی پمپ می‌شود که دهه‌هاست پروازهای تجاری را تأمین کرده‌اند. این ادغام یکپارچه به خطوط هوایی اجازه می‌دهد تا بلافاصله کربن‌زدایی را آغاز کنند، بدون اینکه منتظر طراحی‌های انقلابی جدید هواپیما بمانند.[1]

تجاری‌ترین روش بالغ برای تولید این سوخت، مسیر استرهای هیدروفرآوری‌شده و اسیدهای چرب (HEFA) است. این فرآیند مواد اولیه مبتنی بر چربی (لیپید)، مانند چربی‌های حیوانی و روغن پخت و پز استفاده شده، را می‌گیرد و با استفاده از هیدروژن، مولکول‌های اکسیژن را حذف می‌کند. در طول فرآیند HEFA، مولکول‌های پارافینی مستقیم حاصل، شکسته و ایزومریزه می‌شوند تا دقیقاً با طول زنجیره کربنی مورد نیاز برای سوخت جت مطابقت داشته باشند. از آنجا که این روش از فناوری‌های پالایشگاهی موجود و فرآیندهای شیمیایی تثبیت‌شده استفاده می‌کند، HEFA در حال حاضر مقرون‌به‌صرفه‌ترین و پرکاربردترین روش تولید در جهان است.

با این حال، مسیر HEFA با یک محدودیت اساسی روبروست: دسترسی جهانی به مواد اولیه. به سادگی، روغن پخت و پز استفاده شده و چربی حیوانی زائد کافی در جهان وجود ندارد تا جایگزین میلیاردها گالن سوخت جتی شود که سالانه توسط خطوط هوایی تجاری مصرف می‌شود. برای فراتر رفتن از روغن‌های زائد، صنعت به شدت در حال توسعه مسیر الکل به جت (AtJ) است. این روش الکل‌ها، مانند اتانول مشتق شده از ذرت، نیشکر یا ضایعات کشاورزی، را با حذف اکسیژن و اتصال مولکول‌ها از طریق فرآیندی به نام الیگومریزاسیون، به سوخت جت تبدیل می‌کند. در حالی که AtJ مجموعه‌ی بسیار بزرگ‌تری از مواد اولیه را فراهم می‌کند، بحث‌های پیچیده‌ای را در مورد استفاده از زمین و انحراف منابع کشاورزی از تولید مواد غذایی مطرح می‌سازد.

هدف نهایی برای هوانوردی پایدار، مسیر برق به مایع (PtL) است که اغلب به عنوان سوخت‌های الکترونیکی سنتتیک شناخته می‌شود. این فرآیند بسیار پیشرفته، دی‌اکسید کربن را مستقیماً از جو یا اگزوز صنعتی جذب می‌کند و آن را با هیدروژن سبز تولید شده از طریق برق تجدیدپذیر سنتز می‌کند. سوخت‌های PtL وعده‌ی مقیاس‌پذیری تقریباً نامحدود را می‌دهند، بدون اینکه با زمین‌های کشاورزی رقابت کنند یا به جریان‌های ضایعات متکی باشند. با این حال، این فناوری همچنان بسیار انرژی‌بر است و در حال حاضر چندین برابر گران‌تر از سوخت جت معمولی تمام می‌شود، که نیازمند سرمایه‌گذاری‌های هنگفت در زیرساخت‌های انرژی تجدیدپذیر برای توجیه‌پذیری اقتصادی است.[2]

از آنجا که تولید SAF در حال حاضر در تعداد کمی از تأسیسات تخصصی در سطح جهان متمرکز است، انتقال فیزیکی سوخت به هر فرودگاهی در سراسر جهان باعث انتشار غیرضروری و تنگناهای لجستیکی می‌شود. برای حل این ناکارآمدی، صنعت از سیستم حسابداری «ثبت و ادعا» (book and claim) استفاده می‌کند. تحت این مدل، SAF در یک فرودگاه نزدیک به تأسیسات تولید، به منبع سوخت پمپ می‌شود و سوخت فسیلی معمولی را در آن مکان خاص جابجا می‌کند. سپس یک خط هوایی که در سوی دیگر جهان فعالیت می‌کند، می‌تواند حق بیمه قیمتی آن SAF را بپردازد و ویژگی‌های زیست‌محیطی آن را برای اهداف پایداری شرکتی خود ادعا کند، حتی اگر هواپیمای فیزیکی آن در حال سوزاندن نفت سفید سنتی باشد.

این جداسازی سوخت فیزیکی از ویژگی‌های زیست‌محیطی آن، اجازه می‌دهد تا سرمایه بدون توجه به موقعیت جغرافیایی، به تأسیسات تولید SAF سرازیر شود و انتقال کلی صنعت را تسریع بخشد. با در نظر گرفتن عرضه جهانی سوخت هوانوردی به عنوان یک منبع واحد و به هم پیوسته، «ثبت و ادعا» تضمین می‌کند که هر قطره SAF تولید شده بلافاصله به کربن‌زدایی کمک می‌کند، بدون جریمه کربنی ناشی از حمل و نقل سوخت در سراسر اقیانوس‌ها. این سازوکار مالی لازم را برای خطوط هوایی فراهم می‌کند تا حق بیمه سبز SAF را تأمین مالی کنند، در حالی که در فرودگاه‌هایی فعالیت می‌کنند که هنوز دسترسی فیزیکی به محصول ترکیبی ندارند.

با وجود توجیه‌پذیری فنی این مسیرها و سیستم‌های حسابداری، مقیاس چالش همچنان دلهره‌آور است. در سال ۲۰۲۴، تولید جهانی SAF به تقریباً ۱ میلیون تن رسید که تنها ۰٫۳٪ از کل مصرف جهانی سوخت جت را تشکیل می‌دهد. انجمن بین‌المللی حمل و نقل هوایی (IATA) تخمین می‌زند که SAF باید حدود ۶۵٪ از کاهش انتشار مورد نیاز برای دستیابی به هدف خالص-صفر ۲۰۵۰ را تأمین کند. دستیابی به این مقیاس نیازمند بسیج عظیم سرمایه، مشوق‌های دولتی و گذار سریع از تولید HEFA با محدودیت مواد اولیه به سوخت‌های الکترونیکی سنتتیک با مقیاس‌پذیری نامحدود است.[1][2]