سوخت‌های الکترونیکی چیستند؟

سوخت‌های الکترونیکیe-fuels، که به‌عنوان سوخت‌های مصنوعی (Synthetic Fuel) نیز شناخته می‌شوند، از ترکیب هیدروژن و دی‌اکسید کربن با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر تولید می‌شوند. این سوخت‌ها می‌توانند جایگزین سوخت‌های فسیلی مایع مانند گازوئیل، نفت سفید (Kerosene) و متانول شوند و در موتورهای احتراق داخلی (ICE) موجود بدون نیاز به تغییرات زیرساختی گسترده استفاده شوند. بر اساس گزارش S&P Global Ratings، سوخت‌های الکترونیکی می‌توانند نقش مهمی در کربن‌زدایی بخش‌هایی مانند هوانوردی و کشتیرانی ایفا کنند.

با استفاده از رویکرد آینده‌ پژوهی، می‌توان سناریوهای مختلفی برای توسعه این فناوری پیش‌بینی کرد. این نوشتار با استناد به داده‌های معتبر، از جمله گزارش S&P، به بررسی پتانسیل‌ها، چالش‌ها و چشم‌انداز سوخت‌های الکترونیکی در مسیر رسیدن به آینده‌ای پایدار می‌پردازد.

چرا سوخت‌های الکترونیکی مهم هستند؟

با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی و فشار برای دستیابی به اهداف کربن‌زدایی تا سال ۲۰۵۰، سوخت‌های الکترونیکی به‌عنوان راه‌حلی برای بخش‌های سوخت‌الکترونیکی مانند هوانوردی و کشتیرانی مطرح شده‌اند. گزارش S&P Global Ratings پیش‌بینی می‌کند که e-fuels می‌توانند تا یک‌سوم نیاز سوخت هوانوردی را تا سال ۲۰۵۰ تأمین کنند. به عنوان مثال، آژانس ایمنی هوانوردی اروپا تخمین زده است که برای دستیابی به اهداف کربن‌زدایی اتحادیه اروپا تا سال ۲۰۵۰، نیاز به تولید ۱۲.۷ میلیون تن e-fuel در سال است، در حالی که تولید جهانی فعلی تنها ۳۰,۰۰۰ تن در سال است.

مزیت کلیدی e-fuels، سازگاری آن‌ها با زیرساخت‌های موجود است. این سوخت‌ها می‌توانند در مخازن و خطوط لوله فعلی استفاده شوند، که هزینه‌های انتقال به فناوری‌های جدید را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، e-fuels می‌توانند چرخه کربنی خنثی ایجاد کنند، به‌ویژه اگر از هیدروژن سبز و دی‌اکسید کربن جذب‌شده از هوا تولید شوند. با این حال، آینده‌ پژوهی نشان می‌دهد که چالش‌هایی مانند هزینه‌های بالای تولید، نیاز به انرژی گسترده و فناوری‌های در حال توسعه، موانع اصلی مقیاس‌پذیری این فناوری هستند.  شکل شماره‌ی 1 نحوه‌ی تولید سوخت‌های الکترونیکی را نشان می‌دهد.

چالش‌های پیش روی سوخت‌های الکترونیکی

تولید و پذیرش گسترده e-fuels با موانع متعددی روبرو است که در ادامه به آن‌ها پرداخته می‌شود:

1. هزینه‌های تولید بالا: طبق گزارش S&P Global Ratings، تولید e-fuels در کوتاه‌مدت ۲ تا ۶ برابر گران‌تر از سوخت‌های فسیلی و زیستی است. این هزینه‌ها عمدتاً به دلیل قیمت بالای هیدروژن سبز و فناوری‌های جذب کربن، به‌ویژه جذب مستقیم از هوا (DAC)، است.

2. نیاز به انرژی زیاد: تولید e-fuels حدود ۶ برابر انرژی بیشتری نسبت به سوخت‌های فسیلی نیاز دارد. برای مثال، اتحادیه اروپا تخمین زده است که برای تأمین تقاضای e-fuels در هوانوردی تا سال ۲۰۵۰، حدود ۳۸۰ تراوات‌ساعت انرژی تجدیدپذیر مورد نیاز است که معادل ۶ درصد از کل عرضه برق برنامه‌ریزی‌شده اتحادیه اروپا در آن سال است.  شکل شماره‌ی 2 مصرف انرژی برای تولید e-fuel را نشان می‌دهد.

فناوری‌های در حال توسعه: بسیاری از فناوری‌های کلیدی، مانند الکترولیز برای تولید هیدروژن سبز و جذب مستقیم کربن، هنوز در مرحله آزمایشی هستند. بر اساس جدول آمادگی فناوری (TRL) آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، فناوری‌هایی مانند متاناسیون زیستی و تولید آمونیاک از الکترولیز هنوز در مرحله پیش‌تجاری هستند.

4. آلودگی‌های غیرکربنی: اگرچه e-fuels می‌توانند انتشار کربن را کاهش دهند، اما همچنان آلاینده‌هایی مانند اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ذرات معلق تولید می‌کنند. این موضوع به‌ویژه در مناطق بندری و فرودگاهی می‌تواند کیفیت هوا را تحت تأثیر قرار دهد.

5. نیاز به آب: تولید هیدروژن سبز از طریق الکترولیز به آب شیرین نیاز دارد، که در مناطق با کمبود آب می‌تواند رقابت با نیازهای کشاورزی و صنعتی ایجاد کند. فناوری‌های الکترولیز با آب شور هنوز در حال توسعه هستند.

آینده‌ پژوهی و چشم‌انداز سوخت‌های الکترونیکی

رویکرد آینده‌ پژوهی به ما امکان می‌دهد سناریوهای مختلفی برای توسعه e-fuels ترسیم کنیم. در سناریوی خوش‌بینانه، پیشرفت‌های فناوری، کاهش هزینه‌های تولید هیدروژن سبز و حمایت‌های سیاستی قوی، مانند برنامه "Fit for 55" اتحادیه اروپا، می‌توانند تولید e-fuels را تا سال ۲۰۵۰ به سطح مورد نیاز برای هوانوردی و کشتیرانی برسانند. این برنامه شامل سهمیه‌هایی برای سوخت‌های پایدار هوانوردی (SAF) است که از ۲ درصد در سال ۲۰۲۵ به ۲۰ درصد در سال ۲۰۳۵ و ۷۰ درصد در سال ۲۰۵۰ افزایش می‌یابد.

در مقابل، سناریوی بدبینانه نشان می‌دهد که بدون سرمایه‌گذاری‌های کلان و هماهنگی جهانی، تولید e-fuels ممکن است به دلیل محدودیت‌های زیرساختی و رقابتی با سایر فناوری‌ها مانند هیدروژن مستقیم یا برق‌رسانی، به حاشیه رانده شود. به عنوان مثال، گزارش S&P اشاره می‌کند که تنها دو کارخانه تولید e-fuel دائمی در جهان وجود دارد که در مجموع ۳۰,۰۰۰ تن در سال تولید می‌کنند؛ در حالی که برای رسیدن به اهداف ۲۰۳۰، تولید جهانی باید به ۱.۱ میلیون تن در سال برسد.

نقش سیاست‌گذاری و سرمایه‌گذاری

اتحادیه اروپا پیشرو در سیاست‌گذاری برای e-fuels است. برنامه "Fit for 55" شامل اهدافی برای استفاده از سوخت‌های غیرزیستی تجدیدپذیر در حمل‌ونقل است، از جمله ۱ درصد سهم e-fuels در ترکیب انرژی حمل‌ونقل تا سال ۲۰۳۰. علاوه بر این، برنامه‌های تحقیق و توسعه مانند Horizon 2020 و Horizon Europe بودجه‌هایی برای پروژه‌های آزمایشی و تطبیق دارایی‌های موجود با e-fuels فراهم کرده‌اند.

در ایالات متحده، قانون کاهش تورم (Inflation Reduction Act) از طریق معافیت‌های مالیاتی برای تولید انرژی تجدیدپذیر، هیدروژن و جذب کربن، از توسعه زیرساخت‌های e-fuels حمایت می‌کند. با این حال، تمرکز اصلی در آمریکا بر سوخت‌های زیستی پایدار هوانوردی (SAF) است تا e-fuels.

سرمایه‌گذاری‌های بخش خصوصی نیز در حال افزایش است. شرکت‌هایی مانند Maersk و CMA CGM در کشتیرانی و Norwegian و AirFrance-KLM در هوانوردی، در حال سرمایه‌گذاری در تولید e-fuels یا امضای قراردادهای خرید هستند. به عنوان مثال، پروژه نئوم در عربستان سعودی قصد دارد تا سال ۲۰۲۶ یک کارخانه بزرگ تولید آمونیاک سبز راه‌اندازی کند. همچنین، شرکت‌های شیمیایی مانند Air Liquide و Linde با تجربه در تولید هیدروژن، در حال گسترش ظرفیت‌های خود برای تولید متانول و آمونیاک سبز هستند.

مکانیزم‌های مالی سبز، مانند اوراق قرضه سبز صادرشده توسط Maersk در سال‌های ۲۰۲۱ و ۲۰۲۳، نقش مهمی در تأمین مالی این پروژه‌ها دارند. با این حال، سرمایه‌گذاری‌های فعلی همچنان با نیازهای لازم برای رسیدن به اهداف کربن‌زدایی فاصله زیادی دارند.

تأثیرات زیست‌محیطی و اجتماعی

اگرچه e-fuels ها می‌توانند انتشار گازهای گلخانه‌ای را به طور قابل‌توجهی کاهش دهند، اما همچنان چالش‌های زیست‌محیطی دارند. به عنوان مثال، آمونیاک به‌عنوان یک e-fuel بدون کربن، در صورت نشت می‌تواند به سلامت انسان و محیط‌زیست آسیب برساند. علاوه بر این، تولید هیدروژن سبز نیازمند منابع آب قابل‌توجهی است که در مناطق خشک می‌تواند مشکل‌ساز باشد.

از منظر اجتماعی، e-fuels می‌توانند فرصت‌های شغلی جدیدی در بخش‌های تولید انرژی تجدیدپذیر، هیدروژن و جذب کربن ایجاد کنند. با این حال، هزینه‌های بالای این سوخت‌ها ممکن است به مصرف‌کنندگان منتقل شود، به‌ویژه در بخش هوانوردی که قیمت بلیط‌ها می‌تواند افزایش یابد.

نتیجه‌گیری

سوخت‌های الکترونیکی پتانسیل بالایی برای کربن‌زدایی بخش‌های حمل‌ونقل، به‌ویژه هوانوردی و کشتیرانی، دارند. با این حال، چالش‌های مقیاس‌پذیری، از جمله هزینه‌های بالا، نیاز به انرژی زیاد و فناوری‌های در حال توسعه، موانع بزرگی هستند. رویکرد آینده‌ پژوهی به ما کمک می‌کند تا مسیرهای مختلفی برای توسعه این فناوری پیش‌بینی کنیم و استراتژی‌های مناسبی برای غلبه بر موانع تدوین کنیم.

اتحادیه اروپا با سیاست‌های پیشرو و شرکت‌های بزرگ با سرمایه‌گذاری‌های استراتژیک، در حال هموار کردن مسیر برای e-fuels هستند. با این حال، موفقیت این فناوری به هماهنگی جهانی، سرمایه‌گذاری‌های کلان و پیشرفت‌های فناوری بستگی دارد.