طرح هاي سبز براي آسمان آبي
نويسندگان: مبين افضلي، سليمان فرهاديان
برنامه هاي آينده شرکت هاي هواپيماسازي اکثرا براساس ايده هاي سازگار با محيط زيست آماده شده اند
يکي از مهم ترين توسعه دهندگان اين صنعت ، سازمان هوانوردي و فضانوردي ايالات متحده، ناسا است. يکي از اهداف ناسا توليد نسل جديدي از هواپيماهاي مافوق صوت است که علاوه برصرفه اقتصادي، الزامات سخت زيست محيطي را هم رعايت کنند. مرحله دوم طرح توليد اين هواپيماها در دهه 2030است. گروه هاي تحقيقاتي زيادي از آوريل گذشته بنا به درخواست ناسا، با ارائه پيشنهادهايي دنبال بهبود سيستم حمل و نقل هوايي بوده اند.
طرح هاي مفهومي ارائه شده از سوي تيم هاي مختلف مي توانند مصرف سوخت يا ميزان سرو صدا را کاهش دهند اما نمي توانند هر دو کار را همزمان انجام دهند. بنابراين لازم است که اهداف کلي مدنظر ناسا مورد ارزيابي مجدد قرار بگيرد تا معلوم شود کدام يک از آنها به زمان بيشتري براي تبديل شدن از مرحله طراحي تا کاربرد علمي ، نياز دارد. يکي ديگر از توسعه دهندگان صنعت هوانوردي، نيروي هوايي ايالات متحده آمريکاست که بيشتر قيمت سوخت ها برايش مهم است تا آلودگي زيست محيطي. براي همين آنها مي خواهند تا سال 2016بيشتر هواپيماهايشان را با مخلوطي از سوخت مصنوعي به دست آمده از زغال سنگ به پرواز درآورند. اما چون اين برنامه منجر به حفر معادن جديد زغال سنگ مي شود و توليد دي اکسيد کربن را دوبرابر مي کند، غيرقانوني است. به هر حال آنها در يک برنامه بلندپروازانه مي خواهند وابستگي حمل و نقل هوايي اين کشور به نفت را از بين ببرند. اما آيا اين درمان بدتر از خود بيماري نخواهد بود؟
به هر حال بايد گفت که خود مردم عادي (بخش خصوصي) به خصوص در زمينه سازگاري با محيط زيست، از بقيه پيش روتر بوده و حداقل طرح هاي مفهومي زيادي را عملي کرده اند؛ يک هواپيماي خورشيدي که از آزمون پرواز در شب سربلند بيرون آمده و طراحان آن مي خواهند پرواز خورشيدي به دور زمين را تجربه کنند. در اين جا تعدادي از مهم ترين برنامه هاي ارگان هاي مختلف براي مصرف سوخت در آينده صنعت هوانوردي را بررسي کرده ايم.
جت هاي جنگنده با سوخت زغال سنگ
نيروي هوايي ايالات متحده از هر ارگان نظامي ديگري سوخت بيشتري مصرف مي کند؛ طوري که در سال 2007به تنهايي11/3ميليارد ليتر سوخت به ارزش 5/6ميليارد دلار سوزاند؛ يعني 10درصد کل سوخت مصرف شده در بازار هواپيمايي داخلي ايالات متحده . اگر چه قيمت نفت در ماه هاي اخير کاهش يافته، هيچ کس انتظار دوام اين کاهش قيمت را ندارد و آمريکا شديدا به دنبال سوخت جايگزين براي بنزين هواپيماهاست. ويليام اندرسون، معاون رئيس سابق نيروي هوايي آمريکا مي گويد: «تنها گزينه هاي موجود، نفت خام، گاز طبيعي و زغال سنگ هستند.» و اگر نگاهي به منابع طبيعي اين کشور بيندازيم گزينه مناسب، زغال سنگ خواهد بود. وي اضافه مي کند: «ما بزرگ ترين دارنده منابع نفتي يا گازي دنيا نيستيم، پس اين دو نمي توانند انتخاب مناسبي باشند. اما هر چه باشد عربستان زغال سنگ که هستيم!» نيروي هوايي همه تلاش خود را به کار گرفته تا اولين نيروگاه هاي بزرگ (Coal To Liquid CTL)يا توليد زغال سنگ مايع) را ايجاد کند. اين ارگان براي توسعه بازار قصد دارد ديگر بخش هاي نظامي و حتي شرکت هاي هواپيمايي مسافربري را متقاعد کند تا در ناوگان خود از زغال سنگ مايع استفاده کنند. اما در اين بين مشکلاتي وجود دارد؛ مثلا اينکه اجراي اين برنامه مي تواند دو برابر سوخت هاي فعلي دي اکسيد کربن توليد کند و اين نقطه ضعف موجب غير قانوني شدن اين پروژه مي شود. در لايحه انرژي سال 2007بندي به تصويب رسيد که دولت آمريکا را از سرمايه گذاري در سوخت هايي که بيش از حد مجاز گازهاي گلخانه اي توليد مي کنند، باز مي دارد.
يکي از مزاياي تبديل زغال سنگ به سوخت هواپيما اين است که توليد کنندگان، روش انجام اين کار را به خوبي مي دانند . در دهه 20دانشمندان آلماني روشي براي تبديل مواد خام مثل زغال سنگ و گاز طبيعي به سوخت مايع کشف کردند. در اين روش زغال سنگ را در مجاورت با بخار آب و اکسيژن قرار مي دهند که باعث متصاعد شدن گازهاي هيدروژن و منوکسيد کربن (هيدروکربن ها) مي شود. سپس اين گاز را از طريق روشي به نام فيشر -تروپش(Fisher-Tropsch)در معرض مجموعه اي از کاتاليزورها قرار مي دهند تا به سوخت مايع تبديل شود. هيتلر از اين روش براي به حرکت در آوردن ماشين جنگي آلمان در جنگ جهاني دوم استفاده کرد. همچنين در طول دوران آپارتايد هنگامي که آفريقاي جنوبي با تحريم هاي بين المللي روبه رو شد، دولت آن کشور با استفاده از اين روش اقدام به توليد سوخت براي هواپيماهاي خود کرد. اما بايد مراقب بود! بعد از اينکه سوخت تهيه شد ، بايد امن بودن هواپيماها با اين سوخت را دوباره آزمود. نيروي هوايي آمريکا هواپيماهاي بي 52و سي17را براي استفاده نامحدود از مخلوط يکساني از سوخت مصنوعي تضمين کرده است. هم اکنون بمب افکن بي 1و جنگنده هاي اف 15،اف 22و کي سي 135در حال آزمايش هستند و نيروي هوايي قصد دارد تا سال 2011تمام ناوگان هوايي خود را براي استفاده از اين سوخت مورد تاييد قرار دهد. طرفداران استفاده از زغال سنگ مايع به خوبي مي دانند که زغال سنگ تصويري منفي در افکار عمومي برجاي گذاشته و با گفتن اينکه اين سوخت پاک تر از نفت خام است با انتقادات مقابله مي کنند. استدلال آنها اين است که در طول فرايند تبديل زغال سنگ به گاز، اين سوخت تصفيه شده و ذرات کوچک مثل دي اکسيدسولفور و اکسيد نيتروژن که موجب باران اسيدي مي شوند از آن جدا خواهند شد. بنابراين از يک ديدگاه سوخت پاک تري است. اما در اين ميان مسائل مهمي ناديده گرفته شده است؛ در طول فرايندي که زغال سنگ استخراج و تبديل به سوخت هواپيما شود، دو برابر بيشتر از نفت خام دي اکسيد کربن توليد خواهد شد. اثرات بالقوه استفاده از زغال سنگ مايع طرفداران محيط زيست را نيز به تکاپو انداخته است. براي همين سال 2007 هنري واکسمن، رئيس کميته انرژي و بازرگاني در مجلس نمايندگان بندي به لايحه انرژي اضافه کرد که دولت را از سرمايه گذاري در سوخت هاي آلاينده منع مي کند و اين شامل سوخت هايي مي شود که گازهاي گلخانه اي بيشتري نسبت به سوخت هاي موجود توليد کنند. راه هاي زيادي براي رسيدن به اين هدف وجود دارد اما هيچ کدام آسان نيستند. يکي از آنها بازيافت دي اکسيد کربن از طريق برگرداندن آن به فرايند فيشر-تراپش براي توليد سوخت بيشتر است. در هر صورت دي اکسيد کربن همانند سوخت هاي فسيلي حاوي کربن است. راه ديگر استفاده از اين دي اکسيد کربن، براي پرورش جلبک توليد کننده نفت است؛ روشي که حدودا يک سال پيش کرگ و نتر آن را ابداع کرد. سوم اينکه کربن را به گازهاي صنعتي قابل استفاده تبديل کنيم. نيروي هوايي ايالات متحده پيش بيني مي کند که حداقل يک دهه طول خواهد کشيد تا بتوان از هر يک ازاين فناوري ها در مقياس وسيع استفاده کرد. گزينه محتمل تر اينکه از دي اکسيد کربن در فناوري اي به نام«بهبود بازيابي نفت» بهره بگيرند. در اين فناوري ابتدا دي اکسيد کربن را به حالت مايع در آورده و آن را به چاه هاي نفت خشک شده پمپ مي کنند تا از اين طريق نفت باقيمانده در آنها را استخراج کنند. اما خطر استفاده از اين فناوري در اين است که امکان دارد به جاي حل مشکل، بر پيچيدگي هاي آن بيفزايد زيرا انرژي مورد نياز براي مايع کردن دي اکسيد کربن از سوخت هايي حاصل مي شود که توليد کربن مي کنند. همچنين بايد پيامدهاي دراز مدت آن را در نظر گرفت. براي مثال هيچکس نمي داند که آيا دي اکسيد کربن از چاه نفت نشت خواهد کرد يا نه .
و اما سوال آخر اينکه آيا هواپيمايي آمريکا بايد بدون نگراني درباره کربن توليد شده از زغال سنگ استفاده کند يا به سوزاندن ميلياردها ليتر نفت ادامه دهد؟ عدم وجود جايگزين هاي مناسب جواب اين سوال را کمي دشوار مي کند. تايسون اسلوکوم يافتن منابع انرژي تجديد پذير براي سوخت هواپيما را بسيار سخت عنوان مي کند. او که مدير گروه «برنامه همگاني انرژي براي شهروند»است، مي گويد:«شما نمي توانيد روي يک «هواپيماي جت صفحات خورشيدي نصب کنيد».
اين مشکلات مي تواند حتي طرفداران دو آتشه محيط زيست را به استفاده از نفت متمايل کند. شوراي حفاظت از منابع طبيعي پيشنهاد مي کند که برنامه زغال سنگ مايع را به کلي کنار گذاشته و به جاي آن روي فناوري هاي موجود مثل اتومبيل هاي الکتريکي و هيبريدي سرمايه گذاري شود تا در مصر ف نفت نيز صرفه جويي شود. با اين کار سوخت نفت بيشتري براي هواپيماهاي جت باقي مي ماند، هزينه کمتري صرف مي شود و زمان بيشتري براي تحقيقات در مورد سوخت هاي جايگزين خواهيم داشت. نهايتا اينکه سوخت هاي زيستي بدون کربن(biofuel)مي توانند راه حل مناسبي باشند . سال 2008شرکت ويرجين آتلانتيک يک جمبوجت را با استفاده از سوختي که از نارگيل و نوعي نخل برزيلي به دست آمده بود، از لندن تا آمستردام به پرواز در آورد و در سپتامبر همان سال شاهد آغاز به کار گروه «مصرف کنندگان سوخت هاي هوانوري»، ائتلافي از شرکت هاي بوئينگ، ان آر دي سي و چند شرکت هواپيمايي ديگر به همراه گروه هاي طرفدار محيط زيست بوديم. هدف اين گروه، تشويق توسعه سوخت هاي بدون کربن است. در اين احوال ارتش آمريکا شايد در آينده از سوخت هاي هيدروکربني يک قرن پيش استفاده کند.
دور دنيا در 20روز
پرواز هواپيماي خورشيدي در شب
اين گروه که زير نظر آندره بورشبرگ کار مي کند، طرح اوليه را در سال 2003ارائه کرد اما در سال هاي گذشته تغييراتي را هم در طرح اوليه به وجود آورده است؛ از جمله خميده تر کردن بال ها براي بهبود عملکرد هواپيما در هنگام پرواز و جانشين کردن موتورهاي سبک تر، اما ايده کلي هماني است که در سال 2003عرضه شد. سلول هاي فتوولتايي(خورشيدي) نصب شده روي بال ها، انرژي خورشيدي را دريافت و باتري ها را شارژ مي کند که مي تواند پروانه هاي موتور را به چرخش در آورد. طراحان هواپيما در نظر دارند برنامه پرواز به دور دنيا را بدون هيچ عجله اي و در کمال آرامش انجام دهند. در اين حالت هواپيما با سرعت 70کيلومتر بر ساعت پرواز مي کند که موجب مصرف بهينه انرژي مي شود و يک بار چرخش به دور زمين هم بين 20تا25 روز طول مي کشد. البته در اين مدت هر چند روز يک بار هواپيما فرود مي آيد تا خلبانش تعويض شود و علاوه برآن، فناوري هاي نوين به کار رفته در هواپيما براي علاقه مندان و مشتاقان به نمايش درآيد. پيکاررد اميدوار است که تماشاي چنين هواپيمايي در آسمان اين ديدگاه را بين مردم تقويت کند که انرژي هاي تجديد پذير مي توانند حتي آن دسته از فعاليت هاي بشري را که بيشترين انرژي را مصرف مي کند، تحت تاثير خود قرار دهند. وي ابراز اميدواري مي کند که طرح آنان در ذهن علاقه مندان و مشتاقان فناوري هاي سبز در سراسر جهان جرقه هايي را پديد آورد. هر چند طبق برنامه ريزي آنان پرواز اصلي به دور دنيا در سال هاي آينده(2013) انجام خواهد شد اما پيکارد و بورشبرگ توانستند در اين پرواز آزمايشي 24 ساعت پرواز کنند و مهم تر آنکه، در تمام طول شب در آسمان بودند . برنامه بعدي آنان انجام يک آزمون براي پرواز 36ساعته است. پيکارد مي گويد: «ما هم اکنون اين هواپيما را در اختيار داريم. اين لحظه پرشکوه حقيقت است.»
هواپيماي سولار ايمپالس براي آنکه بتواند از حداکثر انرژي خورشيدي استفاده کند، روي خط استوا و از غرب به شرق پرواز مي کند. اين هواپيما نزديک سپيده صبح و با باتري هاي کاملا شارژ شده به پرواز در مي آيد. هنگام طلوع آفتاب هواپيما به ارتفاع 3هزار متري مي رسد و سلول هاي خورشيدي هواپيما مي توانند باتري هايي را که با شروع پرواز از انرژي ذخيره شده در آنها کاسته شده است، دوباره پر کنند. اين هواپيما مي تواند حداکثر تا ارتفاع 9هزار متري اوج بگيرد و به همين دليل نيز شب ها مي تواند ارتفاعش را به آرامي تا 3هزار متر کاهش دهد تا بتواند در مصرف انرژي بهتر صرفه جويي کند و دوباره هنگامي که خورشيد طلوع کرد، باتري هايش را شارژ کرده و اوج بگيرد. اگر به هر دليلي پيش از طلوع خورشيد باتري ها خالي شوند، خلبان مي تواند آنها را همانند يک گلايدر(هواپيماي بدون موتور)فرود آورد.
هر چند در نگاه اول طرح پيکارد و بورشبرگ بسيار موفق به نظر مي رسد اما بايد دانست دستيابي به اين موفقيت چندان هم آسان نبوده است. پيش از اين هواپيماهاي خورشيدي اي ساخته شده بودند که پروازهاي طولاني مدت و موفقي داشتند؛ حتي برخي از هواپيماهاي خورشيدي در شب نيز پرواز کرده بودند اما اين اولين پرواز موفق يک هواپيماي خورشيدي سرنشين دار در شب محسوب مي شود. اين دو براي آنکه به اين موفقيت دست يابند بايد از موانع بسياري گذر کنند. از جمله اين موانع مي توان به طراحي اين هواپيما اشاره کرد. سولار ايمپالس از جديدترين شيوه هاي طراحي هواپيما استفاده مي کند. طول خود هواپيما حدود 22متر است اما پهناي بال هاي آن به 64متر مي رسد که هم اندازه بال هاي يک هواپيماي ايرباس است. با اين همه وزن اين هواپيما حدود1600کيلوگرم بوده که به اندازه وزن يک خودروي سواري معمولي است. هر چند بدنه اين هواپيما سبک است اما از آنجا که در ساخت آن از مواد چند سازه (کامپوزيت) استفاده شده، استحکام آن بسيار بالاست و به راحتي مي تواند وزن تجهيزات سلول هاي خورشيدي را تحمل کند و در برابر فشار هوا در ارتفاع هاي گوناگون مقاوم است. با اين همه به نظر مي رسد پيکارد و بورشبرگ به بخش هاي زيادي از اهداف خود دست يافته اند. او در توجيه هزينه يکصد ميليون يورويي براي ساخت اين هواپيما و به کارگيري مهندساني از رشته هاي گوناگون، گفته بود مي خواهد توجه مردم را به کارايي و مزاياي استفاده از انرژي خورشيدي جلب کند. وي در اين جلب توجه نيز موفق بود زيرا زماني که اين هواپيما در فرودگاهي در برن سوئيس به پرواز در آمد، هزاران نفر از علاقه مندان نظاره گر اين لحظه تاريخي بودند و24ساعت نيز هزاران نفر در فرودگاه مقصد انتظارش را مي کشيدند.
اهداف ناسا براي هواپيماهاي آينده
راندمان بالاي مصرف سوخت:
توليد کمتر مونوکسيد نيتروژن:
سروصداي کمتر: کاهش سروصداي ناشي از هواپيماها به ميزان71دسي بل. اين هدف منجر به ايجاد آرامش بيشتر در اطراف فرودگاه ها مي شود.
کاهش ترافيک: استفاده بهينه از مسيرهاي هوايي در فرودگاه هاي کلانشهرها که منجر به داشتن آسماني خلوت تر و کاهش تاخير پروازها مي شود.
منبع: نشريه دانستنيها شماره 14
