يتوقع في العقود المقبلة أن تحتفظ الهيدروكربونات والتقنيات التي تعتمد عليها، مثل محركات الاحتراق، بدور مهم في نظام الطاقة الدولي، إذ سيكون استخدامها ضرورياً في سيناريوهات مسارات انبعاثات متعددة. والسيناريو الذي يتوقع تحولات أبطأ نحو الصفر الصافي للانبعاثات، والسيناريو الذي يتوقع اعتماداً قوياً على مشروع احتجاز الكربون وتخزينه، يرجّحان أن تظل الهيدروكربونات مصدراً للطاقة طوال القرن الحادي والعشرين. أما السيناريو الذي يتوقع انتقالاً أسرع، فهو يقرّ بالاستخدام المستمر الكبير للهيدروكربونات في عقود ما قبل سنة 2050. بوصفها النقطة التي يجب أن يصل فيها الاقتصاد العالمي إلى صافي انبعاث صفري.
وفي ظل جميع السيناريوهات، ستكون الابتكارات التي تزيد من كفاءة تقنيات الاحتراق ضرورية لتقليل تأثيرها على البيئة.
تعد التحديات الناشئة عن احتراق الوقود الأحفوري، مثل ظاهرة الاحترار العالمي والحد من تغير المناخ، ضمن الاهتمامات الرئيسية لمركز أبحاث الاحتراق النظيف في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست). ويهدف المركز إلى تطوير تقنيات مبتكرة للاحتراق النظيف والفعال وتوفير حلول للطاقة المستدامة التي من شأنها أن تفيد المملكة العربية السعودية وبقية دول العالم.
كفاءة الوقود
يعمل الباحثون في المركز على جعل الوقود والاحتراق أكثر كفاءة ونظافة واقتصاداً، فعلى سبيل المثال، نشر رفيق باباييف، طالب الدكتوراه في الجامعة، وباحثون آخرون من المركز مقالاً في يناير (كانون الثاني) 2019 يوضح بالتفصيل طريقة جديدة تسمى «الاحتراق متساوي الضغط»، تتيح لمحركات الاحتراق الداخلي تحقيق كفاءة أعلى وانبعاثات أقل في الوقت نفسه. والدراسة هي جزء من تعاون بين مركز الاحتراق النظيف و«شاحنات شركة فولفو» يسعى إلى تطوير مفهوم تقسيم دورة عمل المحرك.
وأظهرت دراسة باباييف أن بمقدور الاحتراق متساوي الضغط أن يحسّن الكفاءة الحرارية للمحرك، عبر تقليل وتَبَدّد نقل الحرارة بنسبة 20 في المائة، بالتزامن مع خفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين إلى النصف. ومن المتوقع أن يؤدي الاحتراق متساوي الضغط إلى تمكين المحركات ذات الدورة المنقسمة من تحقيق كفاءة طاقة بنسبة 60 في المائة، ما يعزز كثيراً كفاءة المحركات القياسية في الشاحنات، البالغة الآن 45 في المائة.
مجموعات بحث
جدير بالذكر أن مركز أبحاث الاحتراق النظيف في «كاوست» يضم أيضاً 3 مجموعات رئيسية؛ المجموعة الأولى تركز أساساً على الدراسات الحاسوبية والنمذجة في أفضل المقاييس الزمنية والمكانية، وعمل القياسات التقريبية للأجهزة الحقيقية، والمجموعة الثانية تعمل على تطوير نماذج وآليات الحركية الكيميائية، وتوصيف خطوات التفاعلات المعقدة جداً مثل إجراء مئات من تفاعلات الاحتراق لتحويل الوقود الأحفوري إلى ماء وثاني أكسيد الكربون، أما المجموعة الثالثة فتقوم بالقياسات التجريبية للكميات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والسرعة، واختبار النماذج والآليات في اللهب، كما هو الحال في محركات الاحتراق الداخلي.
وتهدف معظم أبحاث الاحتراق التي تجرى في مركز أبحاث الاحتراق النظيف إلى الوصول لاستخدام أمثل للطاقة من الوقود، عبر ابتكار طرق فعالة لاستغلال زيوت الوقود الثقيلة والتخلص من الرواسب النفطية التي يصعب إحراقها، وبالتالي إنتاج وقود سهل الحرق، لا يستهلك مواد كثيرة ومنخفض التكلفة. وبالإضافة إلى محركات وسائل النقل، يستخدم الوقود أيضاً في محطات توليد الكهرباء.
