تبدیل پسماندهای غذا به سوخت هواپیما

طراحی سیستم سوخت هواپیما حیاتی بوده و هر اختلالی دراین‌سیستم می‌تواند عواقب جبران‌ناپذیری داشته باشد. دانشمندان درحال‌تبدیل‌ ته‌مانده‌های غذا به سوخت هواپیماهای آینده هستند! شاید که عجیب به‌نظر برسد؛ اما پژوهشگران دانشگاه ایلینوی در اربانا-شمپین معتقدند که روشی یافته‌اند که می‌تواند این سناریوی غیرمنتظره را دست‌کم در مقیاسی کوچک به واقعیت تبدیل کنند. در مقاله‌ای که این‌هفته در نشریه Nature Communications منتشر شده، مهندسان کشاورزی راهبردی را تشریح کرده‌اند که طی آن پسماندهای اضافی موادغذایی به سوخت زیستی تبدیل می‌شوند و سپس این سوخت ارتقا یافته تا به سوخت جت تبدیل شود؛ سوختی که می‌تواند مستقیماً در موتور هواپیما استفاده شود بدون آن‌که نیاز به تغییر در زیرساخت‌های هواپیما باشد. هستی وفای در ایسنا بااین‌مقدمه نوشت: آنان سوخت تولیدشده از پسماند غذا را با استانداردهای صنعتی مقایسه کردند و دریافتند که با تمام معیارهای لازم برای سوخت جت متداول مطابقت دارد. اگرچه این یافته‌ها درحال‌حاضر بیشتر در حد اثبات امکان‌پذیری ایده (Proof of Concept) هستند، اما افق هیجان‌انگیزی را می‌گشایند که در آن استفاده از پسماند موادغذایی که بی‌شک مقدار زیادی از آن در جهان وجود دارد، می‌تواند به صنعت هوانوردی کمک کند تا به هدف بلندپروازانه خود یعنی دستیابی به انتشار خالص صفر کربن در سه‌دهه‌آینده نزدیک‌تر شود. پروفسور یوان‌هوی ژانگ؛ استاد دانشگاه ایلینوی و نویسنده مسئول مقاله، می‌گوید: در یک اقتصاد خطی، ما چیزی تولید می‌کنیم، استفاده می‌کنیم و سپس دور می‌اندازیم؛ اما دراین‌پروژه، ما ضایعات را گرفته و انرژی و مواد آن‌را بازیابی می‌کنیم تا محصولی قابل‌استفاده بسازیم. این‌کار حلقه گمشده الگوی اقتصاد چرخشی را پر می‌کند. آژانس حفاظت محیط‌زیست ایالات‌متحده (EPA) برآورد کرده است که در سال ۲۰۲۲، حدود ۲۹ درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای آمریکا از بخش حمل‌ونقل ناشی شده است. ازاین‌مقدار، حدود ۷ درصد مربوط به هواپیماهای تجاری بوده است. خودروهای مدرن در سال‌های اخیر میزان انتشار خود را کاهش داده‌اند، بخشی‌ازآن به‌لطف گرایش به‌سمت انرژی باتری و خودروهای برقی است. درحالی‌که هواپیماهای برقی برای پروازهای کوتاه ازنظر تئوری ممکن هستند، اما باتری‌ها هنوز توان کافی برای تأمین انرژی یک جت مسافربری در سفرهای طولانی را ندارند زیرا انرژی موجود در هرکیلوگرم سوخت جت حدود ۵۰ برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی است. به‌همین‌دلیل، هواپیماها در کاهش آلایندگی از خودروها عقب مانده‌اند. آیا سوخت هوانوردی پایدار مبتنی‌بر زیست‌توده راه‌حل است؟ برخی برآوردها نشان می‌دهند که سوخت هوانوردی پایدار (SAF) که عمدتاً از مواد آلی به‌دست می‌آید، می‌تواند انتشار کربن پروازها را تا ۸۰ درصد کاهش دهد. درحالی‌که سوخت‌های زیستی مانند اتانول سال‌هاست برای خودروها استفاده می‌شوند، تولید نوعی از آن که مناسب هواپیماها باشد دشوارتر بوده است، چون ترکیب شیمیایی آن‌ها معمولاً با الزامات بسیار سخت‌گیرانه سوخت جت سازگار نیست. اینجاست که پسماند موادغذایی وارد صحنه می‌شود. دراین‌آزمایش جدید، گروه پژوهشی پسماند غذا را از کارخانه‌های فرآوری موادغذایی جمع‌آوری کرد و سپس از فرآیندی شیمیایی به‌نام مایع‌سازی هیدروترمال استفاده کرد. این فرآیند درواقع تقلیدی از روش طبیعی تشکیل نفت‌خام در زمین است بااین‌تفاوت‌که در محیطی کنترل‌شده و بسیار سریع‌تر انجام می‌شود. درواقع مایع‌سازی هیدروترمال مانند یک «زودپز پیشرفته» عمل می‌کند که زمان چند میلیون‌ساله طبیعت را فشرده می‌سازد. پس از استخراج مقدار زیادی نفت‌خام مصنوعی از پسماند غذا، پژوهشگران آن‌را طی دو مرحله به سوخت جت تبدیل کردند: مرحله اول: حذف نمک، خاکستر، رطوبت و سایر ناخالصی‌ها؛ مرحله دوم: استفاده از فرآیند پاک‌سازی موسوم به هیدروتصفیه کاتالیزوری برای حذف عناصر ناخواسته مانند نیتروژن، گوگرد و اکسیژن؛ درنهایت، تنها هیدروکربن‌های موردنیاز برای ساخت سوخت جت باقی ماندند. گروه پژوهشی چندنوع کاتالیزور مختلف را آزمایش کرد و دریافت که کبالت-مولیبدن مؤثرترین و درعین‌حال دردسترس‌ترین کاتالیزور فلزی برای انجام واکنش‌های لازم جهت پالایش نفت به سوخت هوانوردی است. پژوهشگران سوخت هوانوردی استخراج‌شده از پسماند غذا را براساس استانداردهای رسمی انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) و اداره هوانوردی فدرال (FAA) مورد آزمایش قرار دادند. نتیجه نشان داد که این سوخت تمام معیارهای صنعتی را برآورده می‌کند و نیازی به افزودنی‌های خاص ندارد یعنی به‌صورت نظری می‌تواند موتور هواپیماهای تجاری را به‌کار اندازد. این نتایج گام نخست برای نشان‌دادن امکان‌پذیری تولید سوخت جت از پسماند غذا هستند؛ اما تولید مقادیر زیاد از این سوخت برای تأمین نیاز کامل یک هواپیمای مسافربری، چالشی بسیاربزرگ است که مستلزم زمان، منابع و سرمایه‌گذاری‌های عظیم خارج از محیط دانشگاهی خواهد بود. روجا تحریری نوری نیز در ایسنا نوشت: پژوهشگران «دانشگاه ایلینوی اربانا-شمپین» سعی دارند بر یک چالش مهم در تغییر هواپیماهای تجاری از اتکای تقریباً کامل آن‌ها به سوخت‌های فسیلی به سوخت‌های هوایی پایدار غلبه کنند. پژوهش جدید این‌گروه، یک روش مقرون‌به‌صرفه را برای تولید اتیل‌بنزن از پلی‌استایرن توضیح می‌دهد. اتیل‌بنزن یک افزودنی است که ویژگی‌های عملکردی سوخت‌های پایدار وسایل‌نقلیه هوایی را بهبود می‌بخشد و پلی‌استایرن یک پلاستیک سفت است که در بسیاری از کالاهای مصرفی استفاده می‌شود. «هونگ لو»؛ سرپرست این پژوهش گفت: سوخت‌های حاصل از ضایعات چربی، روغن، گریس، زیست‌توده گیاهی یا سایر منابع غیرنفتی، فاقد سطوح کافی هیدروکربن‌های معطر هستند که با روان‌کاری قطعات مکانیکی و سیستم‌های محافظت در برابر نشت، به عملکرد سیستم‌های سوخت درطول عملیات عادی کمک می‌کنند. اگرچه اتیل‌بنزن یک هیدروکربن معطر است و می‌توان آن‌را از سوخت‌های فسیلی به‌دست آورد اما یافتن یک راه پایدار برای تولید آن در صنعت هوانوردی، به تولید سوخت‌های پایدار موشک و هواپیما کمک می‌کند. لو و همکارانش به‌این‌دلیل اتیل بنزن را انتخاب کردند که نسبت به سایر ترکیبات بسیار معطر، تمایل کمتری به تشکیل دوده در زمان سوختن دارد. آن‌ها ترجیح دادند کار خود را با پلی‌استایرن آغاز کنند زیرا غنی از هیدروکربن است و به‌وفور در میان زباله‌ها یافت می‌شود. لو گفت: سالانه در آمریکا حدود ۲.۵ میلیون‌تن پلی‌استایرن تولید می‌شود و تقریباً همه آن به محل‌های دفن زباله راه پیدا می‌کند. این‌گروه پژوهشی برای تبدیل پلی‌استایرن به اتیل‌بنزن، از روش تجزیه حرارتی بهره بردند و آن‌را گرم کردند تا پلیمر را به مایع غنی از استایرن تجزیه کنند. مرحله دوم، هیدروژناسیون بود که مایع غنی از استایرن را به اتیل‌بنزن خام تبدیل کرد و تقطیر صورت‌گرفته، محصولی را به‌دست آورد که ۹۰ درصد خالص بود. لو گفت: هنگامی‌که اتیل‌بنزن حاصل از پلی‌استایرن با سوخت هوایی پایدار مخلوط شد، تقریباً مانند اتیل‌بنزن حاصل از سوخت‌های فسیلی عمل کرد. تصفیه بیشتر می‌تواند عملکرد محصول به‌دست‌آمده را بهبود ببخشد. لو و همکارانش امیدوارند که بتوانند این افزودنی را برای کمک به گسترش استفاده از سوخت‌های پایدار در حمل‌ونقل هوایی توسعه دهند. اساساً سوخت هواپیما نوع خاصی از سوخت‌های نفتی است که برای تولید نیرو در هواپیماها، بالگردها و دیگر هواگردها استفاده می‌شود. سوخت‌های هواپیما معمولاً نسبت به سوخت‌هایی که در کاربردهای کمتر حساس مثل ترابری جاده‌ای یا ایجاد گرما استفاده می‌شوند، از کیفیت بالاتری برخوردار هستند. بیشتر سوخت‌های هواپیما انواع باکیفیتی از بنزین سفید هستند که معمولاً افزودنی‌هایی برای جلوگیری از خوردگی، زنگ زدن، انجماد و اشتعال در دمای بالا، به آن‌ها اضافه می‌شود. مصرف بنزین یک هواپیما به طول پرواز بستگی دارد. بنا‌براین شما خواهید گفت کافی است فقط مقصد و مسافت یک هواپیما باید را بدانیم، اما دانستن این‌مسئله همیشه کافی نیست. یک پرواز لوس‌آنجلس- بروکسل را درنظر بگیرید. درطول پرواز، وزش باد شدید درجهت مخالف مانع پیشروی هواپیما می‌شود و این چیزی است که موجب افزایش مصرف سوخت می‌شود. حال درنظر بگیرید که فرودگاه بروکسل هم غرق در مه باشد و هواپیما نتواند دراین‌فرودگاه به زمین بنشیند، خلبان هم نمی‌تواند به‌طرف فرودگاه دیگری مثلاً آمستردام تغییر جهت دهد؛ اما هواپیما باید به‌مدت نیم‌ساعت بر فراز این فرودگاه پرواز کند تا اجازه فرود بگیرد.