تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
القطارات والطائرات والسفن (النقل و الطاقة )
المؤلف:
روبرت ل. إيفانز
المصدر:
شحن مستقبلنا بالطاقة مدخل الى الطاقة المستدامة
الجزء والصفحة:
ص252
2025-05-13
24
إن وقود المستقبل في ما يخص النقل السككي هو أيضاً بشكل واضح الطاقة الكهربائية، وعلى المدى الأبعد المحتمل يصبح أن ذلك أكثر استدامة مما هو حالياً في معظم البلدان. ومن المتوقع استخدام نظام توليد كهربائي مستدام حقيقي مع بعض الاندماج بين الطاقة المتجددة والطاقة النووية، أو ربما حتى مع الوقود الأحفوري مع حجز الكربون وتخزينه يعتبر تزويد السكك الحديد بالكهرباء مؤسساً بشكل جيد مسبقاً، ويستخدم ليخدم كلا من حركة مرور المسافرين ونقل البضائع في مناطق من العالم ذات كثافات حركة مرورية عالية. مع زيادة أسعار وقود الديزل، والقلق حول تسخين الأرض بسبب غازات الدفيئة، سوف يكون هناك حافز للتحول من قاطرات كهربائية نوع ديزل كهرباء إلى نوع موصول - بالشبكة». وإنه من غير الواضح تماماً كيف يمكن أن يبدو مصدر وقود مستدام من أجل كل من قطاعي النقل الجوي والنقل البحري، حيث إن هذين القطاعين ليس من السهل ربطهما بالكهرباء وفي كلتا الحالتين فإن كثافة الطاقة العالية جداً، وسهولة التخزين التي يقدمها الوقود
السائل من الصعب الحصول عليها بطريقة أخرى.
كون الوقود السائل متوقعاً بالاستمرار لأن يكون الخيار العملي الوحيد لتزويد السفن والطائرات يمكن أن تستمر هذه الوسائط باستخدام الوقود الأحفوري السائل على شكل وقود ديزل، أو زيت نفطي ثقيل، أو وقود الطائرات النفاثة. وإذا تم تحويل نظام النقل البري، ومن ضمنه النقل السككي، اللذين يشكلان معاً 85 في المئة من استخدام طاقة النقل، ليعملا بشكل كبير على طاقة كهربائية مستدامة، أو حتى على الهيدروجين المنتج بطريقة مستدامة، بعد ذلك سيكون استهلاك الطاقة من قبل القطاعين الجوي والبحري جزءاً صغيراً من مجمل استهلاك الطاقة العالمي، وبالتالي من المحتمل أن يستمر هذين القطاعين بالعمل على وقود سائل مشتق من وقود أحفوري، من دون الحاجة إلى حجز الكربون وتخزينه، إذ إن إسهامهما في انبعاثات غازات الدفيئة سيكون ضئيلاً جداً. إذا تم الوصول إلى إجماع عالمي (من غير المحتمل أن يحصل ذلك بأنه ينبغي ألا يكون هناك غازات دفيئة منبعثة في أي مرحلة سلسلة من تحويل طاقة، فمن المحتمل أن يكون الوقود الحيوي أو الهيدروجين السائل البديل الوحيد من أجل هذه القطاعات، ويمكن أن يكون الوقود الحيوي عبارة عن ديزل حيوي من أجل الاستخدام في المركبات البحرية، ويمكن أن يُستخدم هذا أيضاً في المحركات النفاثة مع بعض أعمال التطوير الهندسية. هناك مسار آخر محتمل الوقود حيوي يمكن أن يكون الميثانول أو الإيثانول من أجل الاستخدام في محركات المراكب البحرية ذات شمعات الاحتراق، لكن الوقود الكحولي ليس مناسباً جداً بالنسبة إلى الطائرات، حيث إن كثافة الطاقة لهذا الوقود منخفضة جداً. مثلاً، إن كثافة الطاقة النوعية (الوزنية) للميثانول هي حوالى نصف تلك الموجودة لدى وقود الطائرات النفاثة، الذي يعني أن وزن الميثانول المطلوب سوف يكون ضعف وزن وقود الطائرات الحالي لإعطاء منتوج الطاقة نفسه. وهكذا، بالنسبة إلى الطائرة حيث يكون فيها حمل الوقود جزءاً مهماً من مجمل وزنها عند الإقلاع إن استخدام الميثانول كوقود سوف يحد بشكل كبير من الحمل المفيد.
إن بديلاً ذا مدى ،أطول ومن المحتمل أكثر غلاة، قد يكون استخدام الهيدروجين في كل من الطائرات والسفن. مع أن بعض التغيرات في المحرك سوف تكون مطلوبة بالنسبة إلى محركات الطائرات والمراكب البحرية، فسوف تكون هذه التغيرات طفيفة، وفي الحقيقة، قامت القوات الجوية في الولايات المتحدة بتنفيذ أول طيران الطائرة بمحرك واحد يعمل على وقود الهيدروجين عام 1956. للاستخدام في الطائرة يجب أن يكون الوقود بالتحديد هيدروجيناً مسالاً تقريباً، حيث إن مشاكل تخزينه عند درجة حرارة حوالي 250 درجة مئوية تحت الصفر، سوف تكون نوعاً ما ملطفة عند درجة حرارة عادية حوالي 60 درجة مئوية تحت الصفر عند ارتفاع طيران 35000 قدم للهيدروجين السائل أيضاً طاقة نوعية عالية (طاقة بوحدة الكتلة)، التي سوف تخفض من وزن الوقود المطلوب يعامل 2.5 تقريباً بالمقارنة مع وقود الطائرات النفاثة وسوف يكون لوزن الوقود المخفض حسنة واضحة كوقود للطائرة، لكن تلك الميزة تم إزاحتها بسبب كثافة الطاقة المنخفضة الطاقة بوحدة الحجم) للهيدروجين السائل بالمقارنة مع وقود الطائرات النفاثة والحجم (وبذلك حجم خزان الوقود المطلوب لتخزين الهيدروجين السائل سوف يكون حوالي أربع مرات أكبر من حجم وقود الطائرة النفاثة. مثلاً، بينت دراسات أعدتها (NASA أن الحيز الإضافي، وبالتالي وزن هيكل الطائرة المطلوب من أجل خزانات وقود أكبر سوف يلغي بشكل كلي المحاسن الناتجة من وزن الوقود المُخفض. يمكن أيضاً بسهولة استخدام الهيدروجين السائل من أجل دفع السفن، بصورة مشابهة للطريقة التي يستخدم فيها الآن الغاز الطبيعي السائل لتزويد حاملات الغاز المسال (LNG) بالوقود إن الحجم الإضافي المطلوب بالنسبة إلى وقود الهيدروجين لن يكون سلبياً عند استخدامه في السفن التي لديها نسبة أعلى لحجم الشحن إلى حجم الوقود مما هو عليه الحال بالنسبة إلى الطائرات.
إن فكرة طائرة تعمل على وقود الهيدروجين السائل درست بشكل جدي خلال فترة 3 سنوات بين عامي 2000 و 2003 بواسطة تحالف من شركة إيرباص (Airbus) وعدد من شركات صناعة الطيران الأوروبية الأخرى، وكان التصميم الناتج مدعواً (Cryoplane) بسبب الخزانات ذات درجة الحرارة المنخفضة جداً التي سوف تستخدم التخزين الهيدروجين السائل عند درجة حرارة 250 درجة مئوية تحت الصفر. تمت دراسة أشكال عدة مختلفة تراوحت من طائرة نفاثة صغيرة الحجم إلى طائرة ركاب ضخمة بحجم الإيرباص (A380). وجد المشاركون في الدراسة أن فكرة طائرة مزودة بوقود الهيدروجين كانت ذات جدوى، وأن المحركات النفاثة يمكن أن تعدل لتعمل على وقود الهيدروجين السائل من دون انخفاض بالكفاءة، تم تحديد مواقع مختلفة لخزانات الوقود في طائرات من أحجام مختلفة تمت دراستها، وقد وجد أن تشكيل طائرات تطير مسافات طويلة بخزانات وقود ذات درجة حرارة منخفضة جداً (Cryogenic) مركبة في جزء جسم الطائرة العلوي المُطَوَّل في هيكل الطائرة، هو اختيار محتمل.