الطيران المستقبلي

رغم أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الطيران تمثل أقل من 2% من إجمالي المساهمة في الاحترار العالمي، فإن الأثر المناخي الكلي للطيران أكبر بكثير. أنتج قطاع الطيران نحو 2.14% من إجمالي انبعاثات CO₂ العالمية في عام 2024 ^A,B (أي أقل بقليل من مليار طن متري)، لكن الطائرات تطلق أيضاً بخار الماء وأكاسيد النيتروجين والسخام وجسيمات وهباءات أخرى على ارتفاعات عالية، حيث تتفاعل مع كيمياء الغلاف الجوي وتكوّن السحب بطرق تحبس الإشعاع الشمسي الداخل والإشعاع طويل الموجة الذي تعيد الأرض إطلاقه وتمنعه من التسرب إلى الفضاء، وكلاهما يزيد الاحترار. وعلى وجه الخصوص، تعزز الخطوط التكاثفية وسحب السمحاق الناتجة عنها تأثير الاحتباس الحراري عبر حبس الأشعة تحت الحمراء (انظر الملاحظة المرجعية أدناه لـ [17,18])، بينما تؤدي أكاسيد النيتروجين إلى تكوّن الأوزون، وهو غاز دفيئة آخر. وعند جمع هذه الآثار غير المرتبطة بـCO₂ مع انبعاثات CO₂ المباشرة، يُقدَّر أن التأثير الإشعاعي الكلي للطيران يبلغ نحو 3.4-4% من الاحترار الناتج عن البشر، ما يجعل بصمة الطيران المناخية تقارب ضعف ما توحي به انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وحدها.

خطوط التكاثف هي سحب من بلورات الجليد تتكوّن خلف الطائرات على ارتفاع التحليق، من آثار تكاثف بخار الماء (الناتج عن احتراق الوقود والموجود في الجو المحيط). يمكن لبخار الماء أن يتكثف على انبعاثات الهباء الجوي من الطائرات، مثل جسيمات السخام (الكربون). هذه السحب قصيرة العمر، لكن كلما كان الهواء أبرد وأكثر رطوبة، بقيت مدة أطول.

يمكن لهذه السحب أن تؤثر في توازن طاقة الأرض بطريقتين متعاكستين. خلال النهار، يمكن لأسطحها الساطعة والعاكسة أن تشتت وتعكس جزءاً من الإشعاع الشمسي القادم إلى الفضاء، فتُحدث تأثيراً تبريدياً قصير الأمد عبر تقليل كمية ضوء الشمس التي تصل إلى السطح. لكن في الوقت نفسه، تعمل خطوط التكاثف كسحب سمحاقية رقيقة، تمتص بكفاءة الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة المنبعثة من سطح الأرض وتعيد إطلاقها. تحبس هذه العملية الحرارة في الغلاف الجوي السفلي، فتؤدي إلى تأثير احترار صافٍ يكون واضحاً خصوصاً ليلاً، حين يعني غياب الإشعاع الشمسي القادم أن تأثير حبس الحرارة وحده هو ما يبقى. عموماً، يميل تأثير الاحترار لخطوط التكاثف إلى أن يفوق تأثير التبريد الناتج عن انعكاسها للضوء. لكن الآليات وراء هذا التأثير ما زالت غير مفهومة جيداً، وتُجرى أبحاث باستمرار لقياس الأثر الإجمالي والشروط المطلوبة بدقة أكبر.

تشير الأرقام المذكورة البالغة 15-25% عموماً إلى تحسن كفاءة الوقود في تركيبات الطائرات والمحركات من الجيل الأحدث مقارنةً بالطائرات التي تحل محلها، لا إلى تغيير المحرك وحده في هيكل طائرة قائم. وتختلف النتائج حسب فئة الطائرة والمسار وظروف التشغيل ^{[11,22,36,37]}.

تقارن عبارة “50 مرة” بين الطاقة المخزنة لكل وحدة كتلة في البطاريات الحالية والطاقة الكيميائية الموجودة في وقود الطائرات لكل كيلوغرام. وهي مقارنة مفيدة أولية بين كتل الوقود، وليست مقارنة كاملة بين أنظمة الدفع: فالمحركات الكهربائية أكفأ بكثير من المحركات التوربينية، بينما تحتاج حزم البطاريات أيضاً إلى غلاف وإدارة حرارية وتحتفظ بكتلتها بعد التفريغ. لذلك قد تختلف الكتلة النسبية، لكن البطاريات ما زالت تخزن طاقة قابلة للاستخدام أقل بكثير مقارنة بوزنها، وهذا يبقى القيد الأساسي ^[74-79].

أُجريت اختبارات طيران لنماذج أولية من طائرات كهربائية في عدة مواقع، أبرزها في المملكة المتحدة والولايات المتحدة والصين. وشملت هذه الاختبارات رحلات قصيرة بين مطارات متقاربة، أو رحلات أطول تضمنت دورات حول المطارات، ضمن أجواء خاضعة لرقابة دقيقة. وأجرت هذه الاختبارات شركات خاصة أو القوات الجوية المعنية، مظهرة قدرات الطائرات الكهربائية. لكن الطائرات التجارية الكهربائية بالكامل لا تزال قيد التطوير، مع خطط لتحليقها خلال هذا العقد. وستكون هذه رحلات إقليمية تقل مسافتها عن 500 كم، وبسعة محدودة جداً للركاب، كما يوضح [89-93]. ومن المتوقع أن تصبح الرحلات الكهربائية المتوسطة والطويلة المدى (من الرحلات الدولية إلى المسافات العابرة للقارات وعبر الأطلسي) مجدية تجارياً بحلول تسعينيات القرن الحادي والعشرين ^{[14,74,75,94]}. لكن بعض خبراء الصناعة والأكاديميين يرون أن ذلك تقدير متفائل جداً، ويعتقد بعضهم أن الطائرات الكهربائية للمسافات الطويلة لن تكون مجدية تجارياً أبداً.

لا يزال وقود الطيران المستدام يطلق CO₂ عند حرقه. وتُقيَّم فائدته المحتملة للمناخ أساساً عبر دورة حياة الوقود، لأن الكربون الحيوي أو الكربون المحتجز من الهواء يمكن أن يحل محل إطلاق كربون أحفوري مستخرج حديثاً. لكن وفورات الانبعاثات الفعلية تعتمد على نوع المواد الأولية المستخدمة لإنتاج الوقود، وتغيّرات استخدام الأراضي المرتبطة به، والطاقة المستخدمة في الإنتاج والنقل، والإضافية (ما إذا كانت الوفورات غير المباشرة المزعومة ستحدث على أي حال) والنسبة المخلوطة بالوقود الأحفوري التقليدي. لذلك يمكن لمسارات مختلفة لوقود الطيران المستدام أن تحقق مستويات مختلفة بشكل واضح من خفض الانبعاثات ^{[95-100,135,136]}.

تصحيح: من المتوقع أن يأتي نحو 55% من التزامات شركات الطيران الأوروبية المعلنة علنًا بشأن وقود الطيران المستدام واتفاقيات توريده من الزيوت والدهون المستخدمة، بما فيها الدهون الحيوانية وزيوت الطهي المستخدمة وغيرها من الزيوت المستعملة. يصف هذا الاتفاقيات والعقود المخطط لها، لا الوقود المستخدم بالفعل كما يوحي الفيديو.

لا يحتوي الهيدروجين على الكربون، لذا لا تنتج خلايا وقود الهيدروجين سوى الماء عند الاستخدام. وينتج احتراق الهيدروجين بخار الماء، ويمكنه أيضاً أن يجعل النيتروجين والأكسجين في الهواء يتفاعلان ويكوّنان أكاسيد النيتروجين.

ينطبق الخفض التقريبي البالغ 86% في NOₓ الذي ذكره [124] على إعدادات الطائرة المحددة فيه، وليس معدل خفض عاماً.

تعتمد انبعاثات دورة الحياة الإجمالية (وبالتالي وفورات الانبعاثات مقارنة بوقود الطائرات التقليدي) المرتبطة بوقود الهيدروجين على إنتاج الهيدروجين باستخدام الطاقة المتجددة بدلاً من الطرق كثيفة الكربون، إلى جانب الانبعاثات غير المباشرة من الطاقة والبنية التحتية اللازمة لإنتاج الهيدروجين وتبريده وضغطه ونقله وتخزينه أيضاً ^[122-126].

وُضعت تقديرات لموعد توفر أول طائرة تعمل بالهيدروجين تجارياً. وضعت السيناريوهات المبكرة للصناعة والحكومات دخولها الخدمة عند نحو 2035-2040 ^[131-133]: قدّرت McKinsey & Company ^[133] أنه في سيناريو متفائل، قد تتوفر طائرات الهيدروجين بدءاً من 2035، لكن سيناريوهات Business-as-Usual وPrudent أشارت إلى دخول لاحق للسوق في 2040. وشارك مطار هيثرو والحكومة البريطانية ^[131] هذا التفاؤل، إذ اقترحا أن هذه الطائرة قد تُستخدم محلياً بدءاً من 2035، وإقليمياً بحلول 2040. لكن هذه توقعات وليست جداول تسليم مؤكدة. والمصدر البريطاني نفسه مؤرشف الآن، ما يثير تساؤلات حول ما إذا كانت التحديثات الأحدث جعلت هذه التوقعات غير مرجحة.

كان برنامج Airbus ZEROe ^[132] يهدف إلى إدخال طائرة تعمل بالهيدروجين إلى الخدمة بحلول 2035، لكن في فبراير 2025، أعلن أن هذا المشروع تأجل، مشيراً إلى أن التكنولوجيا تتطور أبطأ مما كان متوقعاً، ما يدل على تأخير قدره 5-10 سنوات ^[134]. وبعد عدة أشهر، لم تكن قد أشارت بعد إلى جدول زمني واضح لأول طائرة تعمل بالهيدروجين، مع خفض ميزانية المشروع.

تصف نسبة 3:1 النسبة الكيميائية بين الجزيئات، لا وزنها أو حجمها النسبي. وبشكل مبسط، يتطلب إنتاج وقود الطيران المستدام الإلكتروني نحو ثلاثة جزيئات هيدروجين لكل جزيء من ثاني أكسيد الكربون المحتجز. ويتغير التوازن الدقيق قليلاً بحسب عملية الإنتاج والوقود النهائي. فعلى سبيل المثال، يذكر [136] نسبة تغذية H₂ إلى CO تبلغ تقريباً 2:1 - إذ قد يُحوَّل CO₂ المحتجز أولاً إلى CO، وهذا يستهلك هيدروجيناً إضافياً. لا توجد نسبة مدخلات واحدة تنطبق على كل مسارات الإنتاج، لكن 3:1 تقدم دليلاً مفيداً على الكيمياء الأساسية.

رقم مشروع SkyPower هو توقع مستقبلي للقطاع يفترض توسع وقود الطيران المستدام الإلكتروني (e-SAF) بسرعة مع استثمارات كافية ودعم السياسات. وهو ليس توقعاً راسخاً للسوق ولا ضماناً. وستعتمد النتيجة على سرعة زيادة الإنتاج، لكن التوقع يوضح الدور الكبير المتوقع أن يلعبه وقود الطيران المستدام الإلكتروني بحلول 2050.