خانه / مقالات / سوخت‌هاي جايگزين در هوانوردي

سوخت‌هاي جايگزين در هوانوردي

امروزه هوانوردي تجاري از اجزاي اصلي اقتصاد دنياست و قيمت سوخت هوايي براساس نرخ رايج نفت در جهان تعيين مي‌گردد که اين امر بيشترين سهم را در افزايش يا کاهش هزينه‌هاي عملياتي هواپيما دارد. در بازار قيمت گذاري بليت هواپيما، شرکت‌هاي هواپيمايي متعددي براي جبران رشد سريعي که اخيرا در قيمت‌هاي سوخت حاصل شده است، اضافه بهاي سوخت را مستقيم يا غير مستقيم به قيمت بليت اضافه مي‌کنند، از طرفي پيش‌بيني مي‌شود که قيمت جهاني نفت براي چندين سال همين‌طور رو به افزايش باشد؛ همين امر سبب شده تا شرکت‌هاي هواپيمايي در صدد جستجوي سوخت‌هاي جايگزين برآيند.
قيمت سوخت‌هاي مايع اشتعال پذير (غير از مشتقات نفت) نيز احتمالا در طي دوره اوج اتمام نفت رشد خواهد کرد. سوخت ترکيبي که از گاز طبيعي و زغال سنگ به طور مصنوعي تهيه مي‌شود، مي‌تواند يک سوخت جايگزين مهم ياشد.بدين ترتيب، قيمت زغال سنگ، گاز طبيعي و بيوسوخت‌ها مانند الکل اتانول و تقاضاي بازار براي آن‌ها نيز افزايش خواهد يافت. سامانه‌هاي عبور و مرور شهري از وسايل نقليه برقي بهره بيشتري خواهند برد و تعداد ماشين‌هايي که از باتري (ليتيوم) نيرو مي‌گيرند افزايش مي‌يابد؛ احتمالا رقابت اصلي صنعت هوانوردي تجاري در آينده براي سوخت و انرژي خواهد بود.

هواپيماي ناحيه‌اي يا حمل و نقل کوتاه
موتورهاي توربيني هواپيما داراي سوزاندن انواع سوخت مي‌باشند. شرکت‌هاي هواپيمايي حمل و نقل کوتاه برد و ناحيه‌اي که مسيرهاي کمتر از 500 مايل را اداره مي‌کنند، مي‌توانند متحمل‌ترين نامزد براي استفاده از سوخت‌ هواپيمايي جايگزين باشند. ناوگان اين شرکت‌ها از موتورهاي توربوتراپ يا توربوفن نيرو مي‌گيرند و مي‌توانند براي حمل يک سوخت ارزان‌تر با مقدار انرژي کمتر، ظرفيتي کافي در مخازن خود داشته باشند. آن ها به شرطي از چنين سوختي مي‌توانند بهره گيرند که قيمت آن به ازاي هر واحد از سوخت فسيلي هواپيمايي ارزان‌تر باشد.

پرواز در ارتفاع کم
هواپيماهايي که در داخل جو پرواز مي‌کنندشکل بال خاصي دارند که يک بالشتک هوا بين بال و سطحي که بر فراز آن پرواز مي‌کند به وجود مي‌آيد. نمونه‌هاي بزرگ و سنگين اين هواپيماها مي‌توانند با سرعت متوسط بر فراز آب پرواز کنند و مسافران و بار را بين مراکز ساحلي و مکان‌هاي ديگر تا 500 مايل جا به جا نمايند. حذف نياز به صعود تا ارتفاع حداقل 10،000‌پا مي‌تواند از هزينه‌هاي سوخت بکاهد. امکان اجراي چنين مهارتي مي‌تواند به واسطه پيشرفت اخيري که در اين زمينه در مقياس هواپيماي مدل آزمايش کرده است، افزايش يابد.
چنين هواپيمايي مي‌تواند از موتورهاي غير معمول برون سوز نيرو بگيرد که سوخت‌هاي غيرمعمول (همچون کربوهيدرات‌ها که براي استفاده در موتورهاي درون سوز نامناسب هستند) مي‌سوزانند. نمونه‌هاي بزرگ اين هواپيماها مي‌توانند از مکانيزم‌هاي انتقال نيروي برق استفاده کرده و از ملخ‌هايي که با انرژي الکتريکي کار مي‌کنند و هم اندازه روتورهاي يک بالگرد هستند، نيرو بگيرند. اين واحدها مي‌توانند جرم بزرگي از هوا را با سرعت کمتر حرکت داده و نيروي جلو برندگي زياد (200،000 پاوند نيرو براي هر ملخ) با بازدهي پيشراننده بالا آزاد کنند. يک راه‌حل ديگر، دميدن گازهاي گرم احتراق از ميان تيغه‌هاي ضخيم روتور به جريان‌هاي قابل تنظيم که در نوک روتورها ايجاد مي‌شوند است تا ملخ‌ها را براند.

پيشرفت‌ها و پژوهش‌ها
هيدروژن مايع که به درجه سرماي زير نقطه انجماد رسيده، مي‌تواند به عنوان يک سوخت جايگزين براي بعضي از انواع خدمات خطوط هوايي تجاري مورد استفاده قرار گيرد. براي رفع مشکلات منطقي و محاسبه‌اي مرتبط با استفاده از اين سوخت در هواپيماهاي مافوق صوت و ماوراء صوت، به پژوهشي وسيع نياز خواهد بود. سوخت‌هاي جايگزين ديگر مي‌توانند داراي فناوري‌هاي ذخيره سازي انرژي به مقدار زياد باشند که حاصل پيشرفت در زمينه‌هاي فناوري

نانو و فوق رسانايي دما بالا
(High- Temperature Super Conductivity) مي‌باشند.
البته پيشرفت‌هاي مهم و پراکنده‌اي به طور متناوب و دوره‌اي در هر دو زمينه رخ مي‌دهد. به احتمال زياد، فوق رسانايي دما بالا در فناوري ذخيره سازي انرژي، در سطح بالايي مورد استفاده قرار خواهد گرفت. سرانجام پيشرفت‌ها در فناوري نانو اجازه مي‌دهد تا مواد فوق رساناي دما بالا با قيمتي توليد شوند که استعمال آن‌ها براي توليد نيروي محرکه هواپيماها را توجيه کند.

ذخيره سازي و نيروي جلوبرندگي الکتريکي
انرژي ذخيره شده در فناوري ذخيره سازي فوق رسانايي مي‌تواند به موتورهاي الکتريکي نيرو بدهد. اين موتورها فن‌هاي يکسان جلوبرنده‌اي را مي‌چرخانند که در جلوي موتورهاي توربوفن با نسبت کنار گذر بالا قرار دارند.چنين فن‌هايي تا 90 درصد نيروي پيشرانه موتور توربوفن را توليد مي‌کنند. در هنگام برخاست، براي چرخاندن هر فن جلوبرنده که از انرژي الکتريکي نيرو مي‌گيرد از موتورهاي الکتريکي سبک نيز کمک گرفته مي‌شود.
فن‌هاي کوآندا مي‌توانند هواپيماهاي تجاري فروصوت که از فناوري ذخيره سازي برق زياد استفاده مي‌کنند را به جلو برانند. چنين فن‌هايي در اصل توسط فيزيکداني به نام «هنري کوآندا» بسط و توسعه يافتند و مي‌توانند از نظر کارايي و سرعت پرواز مانند فن‌هاي جلوبرنده که با توربين مي‌چرخند، عمل کنند. هواپيماهايي که از انرژي الکتريکي نيرو مي‌گيرند مي‌توانند در هواي رقيق‌تر در ارتفاع بيشتر (تا 65000‌ پا) مسيرهاي بيشتري را بپيمايند (چون نيروي پسار کمتري بر هواپيما وارد مي‌شود.) هواي سرد در ارتفاعات زياد نيز مي‌تواند به عملکرد سامانه‌هاي ذخيره سازي انرژي فوق رسانايي به طور شايسته کمک کند.
سامانه‌هاي ذخيره سازي انرژي فوق رسانايي در هواپيماهاي آينده، احتمالا با نيتروژن مايع خنک خواهند شد. هواپيماهاي تجاري که پروازهاي طولاني مدت انجام مي‌دهند معمولا پس از پروازهاي طولاني در آشيانه‌ها تعمير و روغن‌کاري و شيشه مي‌شوند. در طي چنين دوره‌هاي خدمات‌دهي، سامانه‌هاي خنک سازي و ذخيره سازي انرژي مي‌توانند دوباره شارژ شوند.
طراحي سامانه‌هاي ذخيره سازي انرژي که بتوانند همراه با سامانه‌هاي خنک سازي خود در طول توقف‌هاي کوتاه در فرودگاه‌ها برداشته شده و تعويض شوند امکان‌پذير است. چنين رفتاري مي‌تواند به کاهش زمان رفت و برگشت هواپيما کمک کند. احداث سامانه‌هاي ذخيره سازي انرژي فوق رسانا در هواپيماهاي تجاري در آينده دور مستلزم مجهز بودن پايانه‌هاي فرودگاه‌هاي آينده به فناوري توليد نيرو در خود يا در نزديکي آن‌ها خواهد بود.

توليد نيرو
تعداد وسايل نقليه ريلي و جاده‌اي که از انرژي الکتريکي و هيدروژن نيرو مي‌گيرند احتمالا در طي اوج کميابي و اتمام ذخاير نفت افزايش خواهد يافت. هواپيماهاي ناحيه‌اي کوتاه برد مي‌توانند از اتانول و هيدروژن نيرو بگيرند در صورتي که هواپيماهاي مافوق صوت آينده مي‌توانند از هيدروژن مايع به عنوان سوخت استفاده کنند. صنعت هوانوردي آينده (هنگام اتمام نفت) احتمالا براي تامين انرژي سامانه‌هاي ذخيره سازي انرژي فوق رسانايي، تامين انرژي سامانه‌هاي خنک سازي نيتروژن مايع و همچنين براي توليد، فشرده سازي و به درجه زير نقطه انجماد رساندن مقدار زيادي هيدروژن به مقدار زيادي انرژي الکتريکي نياز خواهد داشت.
فرودگاه‌هاي بين‌المللي بزرگ عاقبت ممکن است براي تامين نيازهاي انرژي ناوگان هواپيماهايي که از انرژي الکتريکي و سوخت هيدروژني نيرو مي‌گيرند، احتياج به توليد نيروي الکتريکي در محل پيدا کنند. جايگاه‌هاي نيروي فرودگاه مي‌توانند اتمي باشند، از ترکيبات هيدروژني استفاده کنند يا بر پايه ديگر فناوري‌هاي توليد نيروي غيرمعمول که هنوز موضوعي براي پژوهش هستند، بنا شوند. گرمايي که از اين مراکز نيروي حرارتي دفع مي‌شود مي‌تواند اصلاح شده و براي مصارف زير مورد استفاده قرار گيرد:
گرمادهي ساختمان‌ها (گرمادهي حوزه‌اي) در طول زمستان؛
تقويت مکش سامانه‌هاي تهويه هوا در طول تابستان؛
نيرودهي به موتورهاي کم حرارت براي توليد برق در زمستان.

ذخيره سازي انرژي
توانايي ذخيره سازي مقدار زيادي انرژي در فرودگاه‌ها يا در نزديکي آن‌ها نيز در اوج بحران اتمام نفت از اهميت بالايي برخوردار خواهد شد. انرژي برق مي‌تواند پيش از دوره‌هاي اوج اتمام نفت از شبکه خريداري شده و براي مدت کوتاه ذخيره سازي شود. جايگاه‌هاي نيروي فرودگاه‌ها که با دوره‌هاي قبل از اوج اتمام نفت مواجه هستند مي‌توانند سامانه‌هاي ذخيره سازي فرودگاه را که ممکن است شامل ذخيره سازي فوق رسانايي، باتري‌هاي شارژي، ذخيره سازي هيدروليک يا ذخيره سازي بادي باشند، از انرژي پر کنند. هوايي که از سامانه‌هاي ذخيره سازي بادي خارج مي‌شود ممکن است به اندازه کافي سرد باشد که بتواند به ذخيره سازي مجدد سامانه‌هاي ذخيره سازي نيتروژن مايع کمک کند.

نتيجه‌گيري
احتمالا در آينده پيشرفت‌هاي علمي در هر دو زمينه فناوري نانو و فوق رسانايي رخ خواهند داد. فناوري‌هاي ذخيره سازي تکامل يافته و در آينده‌اي نه چندان دور پديدار مي‌شوند. بنابراين مي‌توان پيش‌بيني کرد که هواپيماهاي تجاري که از انرژي الکتريکي نيرو بگيرند و در سرعت‌هاي فروصوت پرواز کنند، در آينده ظهور مي‌نمايند. سوختهاي مايع ديگري که از نظر قيمت با نفت فسيلي قابل رقابت هستند نيز توليد شده و در صنعت هوانوردي مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

درباره badry

دیدگاهتان را ثبت کنید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شدعلامتدارها لازمند *

*

bigtheme
x

شاید بپسندید

کوبرنتیس چیست (Kubernetes) و چرا به آن نیاز دارید؟

کوبرنتیس پیاده سازی جدیدی از بیش از یک دهه تجربه گوگل در اجرای ...