كاوست وأرامكو تحققان كفاءة قياسية في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى وقود طيران

تمكن فريق بحثي من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، بالتعاون مع باحثين من شركة أرامكو السعودية، من تسجيل أعلى مستوى كفاءة تم الإعلان عنه حتى الآن في عملية تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات تدخل ضمن نطاق وقود الطائرات. يمثل هذا الإنجاز خطوة مهمة نحو تطوير وقود الطيران المستدام (SAF).

تفاصيل الإنجاز العلمي

الدراسة التي نشرتها الدورية العلمية ChemCatalysis تستعرض محفزًا كيميائيًا مبتكرًا قادرًا على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات طويلة السلسلة، وهي مناسبة تمامًا لاستخدامات وقود الطيران. وقد حقق النظام كفاءة غير مسبوقة في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات ثقيلة تقع ضمن نطاق وقود الطائرات، حيث شكلت المركبات التي تستوفي متطلبات وقود الطائرات نحو 75% من إجمالي السائل الناتج. كما أظهر المحفز أداءً تشغيليًا مستقرًا لأكثر من 1000 ساعة متواصلة تحت ظروف التفاعل، وهو عامل حاسم لضمان الجدوى الصناعية للتطبيق.

تحديات قطاع الطيران والحلول المبتكرة

يُعد قطاع الطيران من القطاعات التي يصعب تقليص انبعاثاتها الكربونية، وذلك لاعتماده على أنواع الوقود السائل عالية الكثافة الطاقية. رغم أن وقود الطيران المستدام يسهم في خفض الانبعاثات خلال الرحلات الطويلة، إلا أن إنتاجه بكفاءة من ثاني أكسيد الكربون المحتجز ما زال يشكل عقبة تقنية. فمعظم المسارات الحالية تميل إلى إنتاج هيدروكربونات أخف وزنًا تتبخر بسهولة وتفتقر إلى كثافة الطاقة المطلوبة لمحركات الطائرات، أو تتطلب مراحل معالجة إضافية متعددة.

استخدام التعلم الآلي في تطوير المحفز

للتغلب على هذه التحديات، استخدم الفريق البحثي تقنيات التعلم الآلي لاستكشاف الظروف التجريبية المعقدة وتحليلها بشكل منهجي. أسفر ذلك عن تحديد تركيبة غير تقليدية وغنية بالنحاس لمحفز كيميائي تفوقت على التركيبات الأكثر شيوعًا في الدراسات السابقة. أظهرت هذه التركيبة قدرة أعلى على توجيه التفاعل نحو إنتاج الجزيئات الواقعة ضمن نطاق وقود الطائرات، مما عزز تحويل الكربون إلى مكونات قابلة للاستخدام في وقود الطيران بدلاً من تكوين منتجات ثانوية أقل قيمة.

للتحقق من ملاءمة هذه التركيبة للاستخدام في إنتاج وقود طيران مستدام، خضع المنتج السائل لعمليات تطوير شملت الهدرجة والتقطير. أظهرت النتائج أن الوقود المطور استوفى معايير الفحص الأولي الأساسية المتوافقة مع مواصفات ASTM D4054، بما في ذلك نقطة الوميض، وخصائص التطاير، ومحتوى الطاقة.

خطوات نحو التطبيق التجاري

علق البروفيسور خورخي غاسكون، أستاذ الهندسة الكيميائية في كاوست، قائلاً: “يوضح هذا العمل كيف يمكن للحلول القائمة على البيانات تسريع اكتشاف المحفزات الكيميائية. ومن خلال الجمع بين التعلم الآلي والتجارب عالية الإنتاجية، تمكنا من الوصول إلى مستويات أداء غير مسبوقة في التحويل المباشر لثاني أكسيد الكربون”.

أشار الباحثون إلى أن الوصول إلى مرحلة التطبيق التجاري سيتطلب مزيدًا من التوسع في نطاق التشغيل، بالإضافة إلى إجراء تقييمات تقنية واقتصادية واستكمال إجراءات الاعتماد اللازمة. ومع ذلك، فإن هذه النتائج تضع معيارًا جديدًا للأداء في مجال التحويل المباشر لثاني أكسيد الكربون، وتعزز الجهود الرامية إلى تطوير حلول وقود منخفضة الكربون للقطاعات التي يصعب الحد من انبعاثاتها.

إلى جانب مذكرة التفاهم التي استثمرت أرامكو بموجبها في كاوست لتأسيس “مركز فائق للأبحاث” (Super Center)، تعكس هذه النتيجة الالتزام المستمر للمؤسستين الوطنيتين بتعزيز البحث والتطوير وتسريع تقنيات الطاقة وابتكارات الطاقة النظيفة في المملكة.