راهکارهای پیشرو جهت کاهش کربن سوخت‌های فسیلی در صنعت حمل‌ونقل

در صنعت حمل‌ونقل (جاده‌ایی، دریایی، ریلی و هوایی) سالانه حدود 8000 میلیون تن کربن‌دی‌اکسید (CO₂) منتشر می‌شود که معادل 30 درصد از کل انتشار گاز کربن‌دی‌اکسید در سطح جهان است. دستیابی به اهداف کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در آینده، نیاز به اقدامات فوری و مؤثر است تا ضمن پاسخگویی به تقاضای فزاینده سوخت‌های فسیلی در صنعت حمل و نقل آینده، شدت کربن سوخت‌ها و مواد شیمیایی (اکتان افزاها، روغن و روانکارها) مورد استفاده در حمل‌ونقل را کاهش یابد.

یکی از راهکارهای اصلی، استفاده از منابع تجدیدپذیر و جایگزین (مانند زباله‌های شهری، روغن‌های گیاهی نسل دوم و بقایای جنگلی) است که می‌توانند اثرات مثبتی در کاهش اثرات کربنی سوخت‌ها داشته باشند. این مقاله به بررسی فرآیند کاهش کربن در سوخت‌های مورد استفاده در صنعت حمل‌ونقل و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای با استفاده از فناوری‌های نوین خواهد پرداخت. این اقدامات بخشی از راه‌حل‌های کلیدی برای مقابله با تغییرات اقلیمی هستند که به همراه مجموعه‌ای از اقدامات مکمل (که لزوماً نیاز به راهکارهای فناورانه ندارند) برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در انواع مختلف حمل‌ونقل مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای مطالعه مقاله “آینده حمل‌ونقل هیدروژنی: نقش هیدروژن در کربن‌زدایی صنعت حمل‌ونقل” اینجا کلیک کنید.

پتانسیل کاهش شدت کربن در بخش حمل‌ونقل جاده‌ایی

در سال 2022، در بخش حمل‌ونقل جاده‌ای میزان انتشار کربن‌دی‌اکسید 5،870 میلیون تن بوده است که 22 در از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی را به خود اختصاص داده است. برای مقابله با این چالش، بسیاری از اقتصادهای بزرگ دنیا، از جمله استرالیا، چین، اتحادیه اروپا، هند، بریتانیا و ایالات متحده، سیاست‌هایی را به منظور تشویق به پذیرش خودروهای برقی باتری (BEV) و کاهش کربن در بخش حمل‌ونقل اتخاذ کرده‌اند. در اتحادیه اروپا و بریتانیا، قوانین جدیدی مبنی بر ممنوعیت فروش خودروهای با موتور احتراق داخلی (ICE) برای خودروهای مسافری و ون‌ها تا سال 2035 به اجرا گذاشته خواهد شد.

با این حال، تحقق این اهداف ممکن است چندین سال زمان ببرد. بر اساس برآوردهای انجام شده، تا دهه‌ها پس از اجرای این سیاست‌ها، بیشتر خودروهای سبک همچنان از موتورهای احتراق داخلی استفاده خواهند کرد. به ‌ویژه در مناطق و کشورهای کمتر توسعه یافته و در حال توسعه که انتقال به خودروهای برقی ممکن است با سرعت کمتری انجام شود. در سال 2023، بیش از 80 درصد از ناوگان خودروها و ون‌ها در جاده‌ها همچنان از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند، بنابراین جایگزینی این سوخت‌ها با سوخت‌های تجدیدپذیر و کم‌کربن با توجه به تغییرات اقلیمی و محیط زیستی پیشرو در کوتاه‌مدت ضروری است. این تغییرات در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در حمل‌ونقل جاده‌ای می‌تواند گامی اساسی در دستیابی به اهداف محیط‌زیستی جهانی باشد.

پتانسیل کاهش شدت کربن در بخش؛ حمل‌ونقل هوایی

انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش حمل‌ونقل هوایی در سال 2022 نیز 890 میلیون تن  CO₂ معادل (GteqCO₂) گزارش شده است در این راستا، سازمان بین‌المللی هوانوردی غیرنظامی (ICAO) هدف بلندمدت انتشار صفر خالص کربن تا سال 2050 را به تصویب رسانده است. گروه حمل‌ونقل هوایی ATAG که یک سازمان معتبر در صنعت حمل و نقل هوایی است، مجموعه‌ای از راه‌حل‌های فنی، عملیاتی و راهبردی را برای دستیابی به هدف صفر کربن تا سال 2050 پیشنهاد کرده است. پیش‌بینی می‌شود که استفاده از سوخت‌های پایدار برای حمل‌ونقل هوایی((SAF) Sustainable Aviation Fuel)  حداقل 53 درصد از این هدف را محقق کند.

در حال حاضر، هفت نوع سوخت تحت استاندارد ASTM-D7566 برای تولید SAF تأیید شده‌اند. این سوخت‌ها نه تنها می‌توانند به‌طور کامل جایگزین سوخت‌های معمولی جت شوند، بلکه برای استفاده از آن‌ها هیچ نیازی به تغییر تجهیزات یا زیرساخت‌های خاصی نیست. با این حال، هزینه تولید SAF هنوز از سوخت‌های معمولی جت بیشتر است، که این چالش به عنوان یکی از موانع اصلی در گسترش استفاده از این سوخت‌ها در صنعت هوانوردی باقی مانده است.

پتانسیل کاهش شدت کربن در بخش؛ حمل‌ونقل دریایی

حمل‌ونقل دریایی به عنوان یکی از بخش‌های کلیدی در صنعت حمل و نقل جهانی، در سال 2022 معادل 780 میلیون تن کربن‌دی‌اکسید معادل (eqCO₂) گازهای گلخانه‌ای منتشر کرد. در راستای کاهش این اثرات، سازمان بین‌المللی دریانوردی (IMO) در استراتژی اولیه خود استفاده از شاخص‌های کارایی انرژی و شدت کربن را برای طراحی کشتی‌های جدید و بازسازی کشتی‌های موجود به تصویب رسانده بود. در ژوئیه 2023، IMO  استراتژی جدیدی را تصویب کرد که هدف آن رسیدن به انتشار صفر خالص کربن تا سال 2050 است. دستیابی به این هدف نیازمند پذیرش سوخت‌های جایگزین با انتشار صفر یا نزدیک به صفر گازهای گلخانه‌ای خواهد بود.

برخلاف سوخت‌های پایدار هواپیمایی (SAF)، در حمل‌ونقل دریایی دامنه وسیع‌تری از سوخت‌ها برای کاهش شدت کربن در حال بررسی است. این سوخت‌ها شامل گازهایی مانند هیدروژن، آمونیاک و بیو‌متان، تا سوخت‌های میاه از جمله متانول و بیودیزل‌های ‌سنگین می‌شوند. هرچند که این سوخت‌های کم‌کربن به طور معمول گران‌تر از دیزل دریایی معمولی هستند، اما پتانسیل بالایی برای کاهش اثرات محیط‌زیستی در حمل‌ونقل دریایی دارند.

منابع در دسترس جهت تولید سوخت‌های حمل‌ونقل تجدیدپذیر و کم‌کربن

مواد اولیه تجدیدپذیر و مشتق‌شده از زباله‌ها می‌توانند به سه دسته اصلی تقسیم شوند:

1. روغن‌ها و چربی‌های تجدیدپذیر
2. بقایای بیومس لیگنوسلولزی
3. کربن‌دی‌اکسید جذب شده همراه با هیدروژن تجدیدپذیر

مطابق شکل زیر هر یک از موارد فوق زیرساخت‌ها و فناوری‌های خاص خود را برای تبدیل شدن به سوخت‌های کم کربن و پایدار نیاز دارد.

استفاده از فناوری‌های تجدیدپذیر (روغن‌ها و چربی‌های تجدیدپذیر، بقایای بیومس لیگنوسلولزی، کربن‌دی‌اکسید جذب شده همراه با هیدروژن تجدیدپذیر) در کنار فرآیندهای پالایشگاهی با هدف تبدیل ترکیبات سنگین به ترکیبات سبک‌تر با ارزش افزوده بالاتر در پالایشگاه‌های نفت (مانند واحدهای هیدروژناسیون، هیدروکراکینگ (واحد ایزوماکس) و کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال (واحدهای FCC)) می‌تواند یکی از راهکار‌های موثر در فرایند انتقال به سوخت‌های پایدار و کم کربن باشد.

برای مطالعه مقاله “شبکه تبادل هیدروژن در پالایشگاه‌های نفت” اینجا کلیک کنید.

روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی تجدیدپذیر

روغن‌های گیاهی و چربی‌های حیوانی (لیپیدها) یکی از منابع اصلی برای تولید سوخت‌های تجدیدپذیر به شمار می‌روند. این مواد تحت فرآیند هیدروژناسیون و هیدروایزومریزاسیون به استرها و اسیدهای چرب هیدروفرآوری شده یا به صورت مخفف به (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) HEFA تبدیل می‌شوند که به‌ عنوان دیزل تجدیدپذیر و نفت سفید تجدیدپذیر (ترکیبات 10 کربنه و بیشتر) عمدتا برای سوخت هواپیما (سوخت‌های هواپیمایی پایدار (SAF) ) می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

در دهه گذشته، پیشرفت‌های قابل توجهی در این حوزه صورت گرفته است. بسیاری از واحدهای هیدروژناسیون جدید تأسیس شده‌اند و هم‌اکنون 10 واحد عملیاتی (برخی در حال بهره‌برداری، برخی در حال ساخت و برخی به‌زودی راه‌اندازی خواهند شد) از فرآیند هیدروژناسیون روغن‌های گیاهی و حیوانی (Vegan) مبتنی بر دانش فنی شرکتAxens  توسعه داده شده‌اند (شکل زیر).

در فرآیند هیدروژناسیون، چربی‌ها ابتدا تحت شرایط خاصی هیدروژنه می‌شوند تا اکسیژن و سایر ترکیبات اضافی از آن‌ها حذف گردند. پس از این مرحله، هیدروایزومریزاسیون(Hydroisomerization)  انجام می‌شود تا پارافین‌های خطی موجود در مواد اولیه به پارافین‌های با ویژگی‌های بهبود یافته تبدیل شوند. این فرآیند باعث افزایش کیفیت و ویژگی‌های محصولات نهایی می‌شود، به‌ویژه در خصوص دیزل و نفت سفید تجدیدپذیر که برای استفاده در صنایع حمل‌ونقل و هواپیمایی کاربرد دارند.

در سال‌های اخیر، فناوری هیدروژناسیون به ‌عنوان یک روش اصلی در تولید سوخت‌های زیستی تجدیدپذیر در اروپا مورد توجه قرار گرفته است، اما در حال حاضر روند توسعه این فناوری به کندی پیش می‌رود که عمدتا به دلیل چالش‌های پیشرو در زنجیره تامین مواد اولیه مورد نیاز (روغن‌های گیاهی و حیوانی) به دلیل نگرانی‌ها در خصوص تأثیرات آن‌ها بر منابع غذایی و توسعه صنعت کشاورزی و دامپروری، فرایند توسعه سوخت‌های زیستی تجدیدپذیر به کندی انجام می‌شود.

زیست‌توده جامد: منبع مواد اولیه غیررقابتی با صنعت غذایی

یکی از منابع مهم زیست‌توده که در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته، بقایای لیگنوسلولزی (Lignocellulosic biomass) از باقی‌مانده‌های کشاورزی (ساقه و کاه گندم، برنج و ذرت، پوسته و سبوس غلات، تفاله نیشکر، پوسته ذرت و ضایعات بذرها، پوست بادام، پسته، گردو و سایر مغزها) و بقایای جنگلی و چوبی (تراشه چوب و خاک‌اره، ضایعات صنایع کاغذسازی) است.

این مواد به‌عنوان منابع زیست‌توده‌ای مطلوب مطرح هستند زیرا هیچ‌گونه رقابتی با تولید مواد غذایی ندارند و می‌توان در فرایند تولید سوخت‌های زیستی از آنها استفاده نمود. فرآیندهای حرارتی مانند گازی‌سازی و پیرولیز یا فرآیندهای بیولوژیکی می‌توانند برای تبدیل این بقایا به سوخت‌های زیستی مورد استفاده قرار گیرند. این روش‌ها به‌ویژه در کاهش وابستگی به منابع فسیلی و توسعه سوخت‌های کم‌کربن نقش کلیدی دارند.

 مراجع

decarbonisationtechnology

IEA

sccer-mobility