تحقیق بر روی تولید سوخت‌های سنتزی با حداقل آلایندگی در اولویت پژوهشگران کشور/تأثیر «کمتریل» هواپیما بر لایه اوزون

مهدی عباسی، یکی از اعضای هیات علمی دانشگاه تهران و فارغ‌التحصیل دانشگاه اشتوتگارت آلمان در زمینه احتراق پیشرفته برای موتورهای هوایی با رویکرد زیست‌محیطی در گفت‌وگویی با ایسنا، توضیح داد: بخشی از پروژه‌ای که در دانشگاه اشتوتگارت به انجام رسید، بر توسعه انواع سوخت‌های جایگزین متمرکز بود؛ این سوخت‌های جایگزین به سوخت‌هایی اطلاق می‌شود که از نفت خام تولید نمی‌شوند و یا به‌طور سنتزی در آزمایشگاه‌ها ساخته می‌شوند.

او افزود که سوخت‌های فعلی مورد استفاده در صنعت خودروسازی و هوافضا معمولاً دارای منشأ نفتی هستند و ادامه داد: اگرچه نفت خام با چالش‌های زیست‌محیطی همراه است، پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که تا سال ۲۰۵۰ منابع هیدروکربنی همچنان در سبد انرژی پیشتاز خواهند بود، اگرچه استفاده از آن‌ها به تدریج در حال کاهش و استفاده از گاز در حال افزایش است.

عباسی بر این نکته تأکید کرد که در آینده، مصرف گاز بیشتر از حال حاضر خواهد بود و این دگرگونی به دلیل رویکردهای سبز نسبت به سوخت‌ها است. وی خاطرنشان کرد که گاز از حیث آلایندگی نسبت به سوخت‌های دیزل و بنزین، ترجیح بیشتری دارد.

این محقق در زمینه تحقیقاتی خود در دانشگاه اشتوتگارت، اظهار داشت: در این پروژه سعی داشتیم سوخت‌هایی را در آزمایشگاه تولید کنیم و با ترکیب آن‌ها به سوختی پاک دست یابیم. در پالایشگاه‌ها، کنترل بر روی ترکیب دقیق انواع هیدروکربن‌ها ممکن نیست؛ اما در پروژه ما نوعی مدل‌سازی از پایین به بالا انجام می‌دهیم.

عضو هیات علمی دانشگاه تهران با تأکید بر این که سوخت تولید شده در این پروژه تمامی انتظارات مصرف‌کنندگان از جمله احتراق به‌موقع، چگالی انرژی بالا و آلایندگی کم را تأمین می‌کند، یادآور شد: ما از روش «مهندسی سوخت» یا «طراحی سوخت» برای رسیدن به این محصول استفاده کرده‌ایم.

عباسی توضیح داد که این مطالعات از بیش از یک دهه پیش در آلمان آغاز شده و هنوز در مراحل تست و ارزیابی قرار دارد و افزود: در یکی از آزمایش‌ها، سوخت سنتزی تولید شده در یکی از جت‌ها مورد استفاده قرار گرفته و محققین بر این امیدند که این سوخت در آینده جایگاه قابل قبولی در سبد سوخت، به‌ویژه در صنعت هوایی پیدا کند.

مراحل تولید سوخت

این فارغ‌التحصیل دانشگاه اشتوتگارت به تشریح مراحل اجرای پروژه پرداخت و گفت: در مرحله اول، اقدامات پیچیده‌ای برای مدل‌سازی نحوه هیدروکربن‌ها انجام دادیم؛ به‌گونه‌ای که با بهره‌گیری از این مدل‌سازی‌ها می‌توانیم کلاس احتراقی هر نوع هیدروکربن را پیش‌بینی کنیم و بدانیم کدام مواد باید با چه نسبتی ترکیب شوند و مخلوط نهایی چه ویژگی‌هایی خواهد داشت.

وی عنوان کرد که مواد اولیه مورد استفاده برای این سوخت، همگی در آزمایشگاه تولید می‌شوند و اضافه کرد: این مواد که پایه شیمیایی دارند، پس از مدل‌سازی در آزمایشگاه و بر اساس درصدبندی‌های معین ترکیب می‌شوند. هر چند سوخت‌های زیستی نیز وجود دارند، اما طراحی ما با این نوع متفاوت است؛ زیرا در طراحی ما مواد شیمیایی با درصدهای مشخصی ترکیب و سپس آزمایش می‌شوند.

عباسی در پاسخ به سوالی درباره آغاز تست‌های این سوخت از صنعت فضایی، توضیح داد: این پروژه که با عنوان Innovative Fuel (InnoTreib) یا سوخت نوآورانه شناخته می‌شود، با سرمایه‌گذاری وزارت انرژی و محیط زیست آلمان در انستیتو هوافضای آلمان در حال اجرا بود که این بودجه سبب حرکت به سمت صنعت هوافضا شد. این مطالعات همچنان ادامه دارد.

به گفته وی، سوخت سنتزی در هواپیمای آزمایشی «آترا»، هواپیما A۳۲۰ ATRA (D-ATRA) مورد استفاده قرار گرفته و با این سوخت پرواز کرده است.

او همچنین یادآور شد که سوخت بر صنعت هوافضا پیچیدگی‌های خاص خود را دارد و ادامه داد: اگر سوخت نتواند انرژی مورد نیاز را تأمین کند، هواپیما نمی‌تواند به ارتفاع مورد نظر صعود کند و پروازش محدود خواهد شد. بنابراین، موضوع سوخت در صنعت هوافضا اهمیت زیادی دارد تا بتواند انرژی لازم را تأمین کند.

این محقق در زمینه سوخت، کاهش آلایندگی را از دیگر رویکردهای کلیدی تولید سوخت دانست و اظهار کرد: تولید آلاینده‌ها در صنعت هوافضا از حساسیت بالایی برخوردار است؛ زیرا این آلاینده‌ها در لایه‌های بالای جو قرار می‌گیرند و با حل شدن در آن‌ها، به سطح زمین منتقل می‌شوند. نمونه‌ای از این آلاینده‌ها نیتروژن اکسید است که پس از ورود به لایه‌های بالا، بر لایه اوزون اثرگذار است.

عباسی بخار آب را از دیگر محصولات احتراق در صنعت هوایی معرفی کرد و گفت: بخار آب به عنوان محصول احتراق، مانند یک خط سفید در دنباله هواپیما قابل مشاهده است. در دماهای پایین، این بخار به صورت کریستال‌های یخی ظاهر می‌شود و با گسترش در جو به بخار آب تبدیل می‌شود و ساختار ابری را ایجاد می‌کند که تأثیر گلخانه‌ای فراوانی دارد؛ و ازدیاد این بخار می‌تواند در نهایت موجب تشدید گرمایش زمین شود.

«کمتریل» و رد سفید هواپیما

عباسی به محتوای منتشر شده در فضای مجازی درباره رد سفید هواپیماها اشاره کرد و توضیح داد: اخیراً بحثی تحت عنوان «کمتریل» در فضای مجازی مطرح شد که گفته می‌شود برای بارور کردن ابرها، ماده‌ای تحت عنوان «کمتریل» از طریق هواپیماها منتشر می‌شود.

وی افزود: با اینکه از این تکنیک و از طریق پروازهای خاص برای بارور کردن ابرها استفاده می‌شود، اما رد سفیدی که در پشت هواپیماها، به خصوص در حمل و نقل مسافری و بار مشاهده می‌شود، مجموعه‌ای از کریستال‌های یخ (که ناشی از سرد شدن ناگهانی بخار آب حاصل از احتراق است) و سایر آلاینده‌های صنعت هوافضا می‌باشد که به آن “Contrail” اطلاق می‌شود و ارتباطی با «کمتریل» “Chemtrail” ندارد.

این محقق تأکید کرد که بخار آب ناشی از فعالیت هواپیما تأثیر چندانی بر آلایندگی جو ندارد، اما گازهای حاصل از احتراق از جمله CO و به‌ویژه NOX و دوده بر لایه اوزون اثر منفی دارند.

چشم‌انداز آینده سوخت سنتزی

این عضو هیات علمی دانشگاه تهران در خصوص آتیه سوخت سنتزی تولید شده در این پروژه تأکید کرد که بعید به نظر می‌رسد در آینده این سوخت بتواند به‌طور کامل جایگزین سوخت‌های فسیلی در آلمان شود، اما در حال حاضر به سمت جایگاه معین خود در سبد سوخت در حال حرکت است.

او ادامه داد: همچنین در حال حاضر این سوخت نسبتاً گران‌قیمت است.

ادامه پروژه سوخت سنتزی در ایران

عباسی در پاسخ به این سوال که آیا این پروژه در ایران نیز ادامه دارد، تصریح کرد: ما تلاش کرده‌ایم تا این پروژه را ابتدا در ایران مطرح کرده و پس از آن زیرساخت‌های لازم را ایجاد کنیم. به طور طبیعی دسترسی ما به تأمین زیرساخت‌ها محدود است و سعی کرده‌ایم از طریق دسترسی به مقالات، این خلا را پر کنیم.

این دانش‌آموخته دانشگاه اشتوتگارت اضافه کرد: ممکن است این پرسش برای بسیاری مطرح شود که سوختی که تولید آن هزینه بالایی دارد و آثار زیست‌محیطی آن در کشور به وضوح ملموس نیست، چرا باید در اینجا تولید شود؟ مهمتر از همه این مسائل، فناوریاست که از طریق این پروژه در کشور توسعه پیدا می‌کند.

وی مدل‌سازی احتراق را یکی از این فناوری‌ها نام برد و گفت: با استفاده از این فناوری می‌توانیم رفتار احتراقی را در سیستم‌های مختلف با صرف هزینه کمتر بررسی کنیم. همچنین توسعه این فناوری، به‌ویژه با افزایش دقت در محاسبات عددی، به بخش‌های صنعتی و تحقیقاتی کمک خواهد کرد تا دید واقع‌بینانه‌تری را به محققان در حوزه‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی ارائه دهد.

این محقق حوزه احتراق پیشرانه‌های هوایی گفت که از دو سال پیش در تلاش است تا این دانش را در دانشگاه تهران بنیان‌گذاری و گسترش دهد و افزود: اکنون ساختار صنعت نفت کشور به ثباتی رسیده است که تغییرات را احساس نمی‌کند. با این حال، برخی مراکز مانند پژوهشگاه صنعت نفت، به‌ویژه پردیس انرژی و محیط‌زیست این مرکز، بر روی اولویت‌های پژوهشی که به این دانش نیاز دارند، تمرکز دارند. نمونه‌اش بهره‌برداری از گاز فلر است. برای این منظور باید رفتار احتراقی گاز در فلر مورد بازبینی قرار گیرد و با مدل‌سازی‌ها این رفتار احتراقی تعیین شود.

عباسی بیان کرد که برای توسعه فناوری طراحی سوخت به دو دسته آزمایشگاه نیاز داریم، یکی از این تجهیزات شامل «لوله شک» Shock-Tube و «ماشین تراکم سریع» Rapid Compression Machine است که برای اندازه‌گیری زمان تأخیر احتراق به کار می‌روند. این تجهیزات به ما این امکان را می‌دهند تا در شرایط مختلف زمان لازم برای احتراق یک سوخت را مشخص کنیم.

او همچنین خاطرنشان کرد: دسته دیگری از آزمایشگاه‌های مورد نیاز، آزمایشگاه‌های «اندازه‌گیری سرعت شعله» هستند. ما در پژوهش‌هایمان نیاز داریم که بدانیم هر سوخت در شرایط مختلف چه سرعت شعله‌ای دارد و همچنین باید مطلع باشیم که هر شعله چه مقدار آلایندگی را تولید می‌کند و بتوانیم میزان این آلاینده‌ها را اندازه‌گیری کنیم.

این محقق با اشاره به این که این سه دسته آزمایشگاه‌ها در ایران موجود نیستند، گفت: با توجه به شرایط کشور، دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی عمده در کشورهای ترانس آتلانتیکی نظیر ایالات متحده، کانادا و کشورهای عضو اتحادیه اروپا تمایل چندانی ندارند که همکاری‌های علمی با ایران داشته باشند، اما این امکان وجود دارد که با کشورهای چین و روسیه در این زمینه همکاری کنیم، زیرا این کشورها آزمایشگاه‌های بسیار پیشرفته‌ای در این حوزه دارند.

به گفته وی، چین به ویژه در زمینه طراحی سوخت پیشرفت‌های چشمگیری داشته و روسیه نیز مدت‌هاست که وارد این عرصه شده است. همچنین دانش مدل‌سازی و تحقیق احتراق صنعتی در این دو کشور به اندازه کافی توسعه یافته است و ما می توانیم با همکاری سازنده و نزدیک با مراکز پژوهشی مرتبط، به رشد این دانش ضروری و زیربنایی در کشور کمک کنیم. به عنوان نماینده بین‌المللی دانشگاه کاسپین دانشگاه تهران در جلسات حضور دارم و مشاهده می‌کنم که دانشگاه تهران کمتر از ۱۰ قرارداد همکاری با دانشگاه‌های روسیه دارد، اما به‌طور خاص و در جزئیات، هنوز همکاری‌های گسترده‌ای در حوزه‌های فنی و مهندسی که منجر به تولید محتوای علمی با کیفیت شود، وجود ندارد یا این همکاری‌ها در حد کمتری قرار دارد که شامل جداسازی و تحقیق آزمایشگاهی فناوری احتراق نیز می‌شود. در حالی که روس‌ها از این نوع همکاری‌ها استقبال می‌کنند.

عباسی یکی از دلایل اصلی این موضوع را عدم شناخت کافی ما از روسیه و مراکز تحقیقاتی و دانشگاه‌های آن دانست.