DOI: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2026.01.008
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Wolfgang Grimme وآخرون
الموضوع الرئيسي: تصميم الطائرات المتقدمة والتقنيات
نظرة عامة
إن تحول صناعة الطيران نحو مصادر الطاقة المستدامة يكتسب زخماً، خاصةً تحت تنظيم ReFuelEU للطيران في الاتحاد الأوروبي، الذي يفرض زيادة استخدام وقود الطيران المستدام (SAF) المشتق من مصادر بيولوجية وغير بيولوجية. في الوقت نفسه، يتم استكشاف التقدم في الطائرات التي تعمل بالهيدروجين، باستخدام إما محركات احتراق أو خلايا وقود. على الرغم من الدراسات العديدة حول الطلب المستقبلي على الهيدروجين وSAF، هناك نقص ملحوظ في الأبحاث حول سلاسل الإمداد اللازمة لنقل هذه الناقلات الجديدة للطاقة. تبحث الورقة في خيارات سلاسل الإمداد المحتملة للهيدروجين السائل وناقلات بديلة، مثل الأمونيا وناقلات الهيدروجين العضوية السائلة (LOHC)، إلى جانب SAF الاصطناعي. تؤكد على الحاجة إلى سلسلة إمداد للطاقة في الطيران تكون فعالة من حيث التكلفة وكفاءة في استخدام الطاقة داخل الاتحاد الأوروبي، بينما تتناول أيضًا متطلبات البنية التحتية المتوقعة في الموانئ ومصافي التكرير.
تشير النتائج إلى أن الانتقال الطاقي في الطيران قد بدأ بالفعل، مع احتمال بقاء SAF الهيدروكربوني ذا صلة على المدى القصير إلى المتوسط، بينما قد يكتسب الهيدروجين السائل أهمية بعد عام 2040. يتم التأكيد على الاعتماد على الطاقة الخضراء المستوردة، حيث تواجه الإنتاج المحلي قيودًا. تعقد تعقيدات إنشاء سلاسل الإمداد المثلى بسبب عدم اليقين بشأن الأطر التنظيمية والتقدم التكنولوجي. تسلط الورقة الضوء على أن تكاليف الطاقة ستؤثر بشكل كبير على مواقع إنتاج ناقلات الطاقة للطيران، داعيةً إلى استيراد الهيدروجين السائل من المناطق ذات تكاليف الطاقة المنخفضة. كما تناقش إمكانية استخدام LOHC والأمونيا الخضراء كمصادر بديلة للهيدروجين، مع الإشارة إلى أن تصميم بنية الموانئ التحتية سيعتمد على ديناميكيات الإنتاج والتوزيع لـ SAF. بشكل عام، تدعو الأبحاث إلى نهج شامل لاستراتيجية سلسلة إمداد الطاقة التي تتضمن المرونة وإدارة المخاطر، مع الاعتراف بأهمية الواردات المستمرة في المشهد الطاقي الأوروبي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث انتقال صناعة الطيران نحو ناقلات الطاقة المستدامة، مع التركيز بشكل خاص على وقود الطيران المستدام (SAF) والهيدروجين كمصادر بديلة للوقود. يفرض تنظيم ReFuelEU للطيران في الاتحاد الأوروبي دمج SAF تدريجياً، مع تحديد أهداف لزيادة نسبة SAF في وقود الطائرات من 6% في عام 2030 إلى 70% بحلول عام 2050. في الوقت نفسه، فإن تطوير الطائرات التي تعمل بالهيدروجين في مراحله الأولى، مع توقعات تشير إلى أن الطلب على الهيدروجين في الطيران الأوروبي قد يصل إلى 6.1 مليون طن بحلول عام 2050 تحت سيناريوهات مختلفة. ومع ذلك، فإن استخدام الهيدروجين غير مؤكد، ومن المتوقع أن ينخفض الطلب على وقود الطائرات التقليدي بشكل كبير، من 49.32 مليون طن في عام 2030 إلى ما بين 15.21 و16.04 مليون طن بحلول عام 2050، اعتمادًا على سيناريوهات استخدام الهيدروجين.
تسلط الورقة الضوء على التحديات اللوجستية لتوريد ناقلات الطاقة الجديدة إلى قطاع الطيران، مشددةً على أن جزءًا كبيرًا منها سيحتاج على الأرجح إلى الاستيراد من مناطق ذات موارد طاقة متجددة وفيرة. يهدف المؤلفون إلى معالجة الجوانب التقنية والاقتصادية لهذه السلسلة الإمدادية، مع التركيز بشكل خاص على النقل والتخزين للهيدروجين في شكل سائل وإمكانية استيراد SAF في صيغ جاهزة للاستخدام. تهدف التحليل إلى تقديم رؤى حول المتطلبات الفريدة لقطاع الطيران مقارنةً بالصناعات الأخرى، مما يمهد الطريق لاستكشاف سلاسل الإمداد للطاقة في الأقسام التالية من الورقة.
نقاش
يتناول قسم النقاش في ورقة البحث التعقيدات والاعتبارات المحيطة بسلاسل الإمداد المعتمدة على الهيدروجين، مع التركيز بشكل خاص على الهيدروجين السائل (LH2)، والأمونيا، وناقلات الهيدروجين العضوية السائلة (LOHC). يعاني الهيدروجين السائل، على الرغم من امتلاكه كثافة طاقة جاذبية عالية تبلغ 120 MJ/kg، من انخفاض في محتوى الطاقة الحجمي وتكاليف كبيرة مرتبطة بالتسييل والنقل. تتطلب عملية التسييل، التي تحتاج إلى تبريد الهيدروجين إلى أقل من -253 درجة مئوية، استهلاكًا عاليًا للطاقة (11.9 إلى 15 kWh/kgLH2) وخسائر تبخر أثناء النقل، مما يعقد استخدامه للمستخدمين النهائيين الذين يحتاجون عادةً إلى الهيدروجين الغازي. تسلط الورقة الضوء على الآثار الاقتصادية لنقل LH2، مشيرةً إلى أن الجدوى الاقتصادية للنقل لمسافات طويلة تتأثر بتكاليف الإنتاج والنقل، مع تقديرات تشير إلى أن نقل LH2 من مناطق ذات تكاليف كهرباء منخفضة يمكن أن يكون مجديًا اقتصاديًا تحت ظروف معينة.
على النقيض، تظهر الأمونيا كبديل واعد لنقل الهيدروجين بسبب نقطة غليانها الأعلى ومعدلات التبخر المنخفضة، مما يجعل من السهل التعامل معها ونقلها. ومع ذلك، فإن عملية تحويل الأمونيا مرة أخرى إلى هيدروجين (تحلل الأمونيا) تتطلب طاقة كبيرة وتضيف إلى المتطلبات الطاقية العامة لتوصيل الهيدروجين. تناقش الورقة أيضًا LOHC، التي يمكن أن تخزن الهيدروجين في شكل مستقر وغير سام، لكنها تواجه أيضًا تحديات تتعلق باستهلاك الطاقة خلال عمليات الهدرجة وإزالة الهيدروجين. تؤكد التحليل على الحاجة إلى لوجستيات وبنية تحتية فعالة لإدارة نقل الهيدروجين بأشكال مختلفة، فضلاً عن أهمية النظر في النفقات الرأسمالية والتشغيلية في تطوير سلاسل إمداد الهيدروجين.
أخيرًا، تتناول الورقة مستقبل وقود الطيران المستدام (SAF)، مشددةً على دور الهيدروجين في إنتاج وقود الطاقة إلى سائل (PtL). توضح خيارات سلاسل الإمداد المختلفة لنقل الهيدروجين أو مشتقاته لتلبية الطلب في قطاع الطيران على الوقود المتجدد، مع تسليط الضوء على ضرورة دمج عمليات الإنتاج ضمن المناطق التي يمكن أن توفر طاقة متجددة منخفضة التكلفة. تختتم المناقشة بالقول إنه على الرغم من وجود مسارات متعددة لنقل واستخدام الهيدروجين، إلا أن كل منها يأتي مع تحديات اقتصادية ولوجستية مميزة يجب التنقل عبرها لضمان جدوى الهيدروجين كناقل طاقة مستدام.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.trpro.2026.01.008
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Wolfgang Grimme et al.
Primary Topic: Advanced Aircraft Design and Technologies
Overview
The aviation industry’s shift towards sustainable energy sources is gaining momentum, particularly under the European Union’s ReFuelEU Aviation Regulation, which mandates the increasing use of Sustainable Aviation Fuels (SAF) derived from both biological and nonbiological sources. Concurrently, advancements in hydrogen-powered aircraft are being explored, utilizing either combustion engines or fuel cells. Despite numerous studies on the future demand for hydrogen and SAF, there is a notable lack of research on the supply chains necessary for transporting these new energy carriers. The paper investigates potential supply chain options for liquid hydrogen and alternative carriers, such as ammonia and liquid organic hydrogen carriers (LOHC), alongside synthetic SAF. It emphasizes the need for a cost-effective and energy-efficient aviation energy supply chain within the EU, while also addressing the anticipated infrastructure requirements at seaports and refineries.
The findings suggest that the energy transition in aviation is already underway, with hydrocarbon SAF likely remaining relevant in the short to medium term, while liquid hydrogen may gain significance post-2040. The reliance on imported green energy is underscored, as domestic production faces constraints. The complexity of establishing optimal supply chains is compounded by uncertainties regarding regulatory frameworks and technological advancements. The paper highlights that energy costs will significantly influence the production locations of aviation energy carriers, advocating for the importation of liquid hydrogen from regions with lower energy costs. It also discusses the potential for using LOHC and green ammonia as alternative hydrogen sources, while noting that the design of port infrastructure will depend on the production and distribution dynamics of SAF. Overall, the research calls for a comprehensive approach to energy supply chain strategy that incorporates resilience and risk management, acknowledging the ongoing importance of imports in the European energy landscape.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the aviation industry’s transition towards sustainable energy carriers, particularly focusing on Sustainable Aviation Fuels (SAF) and hydrogen as alternative fuel sources. The European Union’s ReFuelEU Aviation Regulation mandates the gradual incorporation of SAF, with targets set to increase the proportion of SAF in jet fuel from 6% in 2030 to 70% by 2050. Concurrently, the development of hydrogen-powered aircraft is in early stages, with projections indicating that hydrogen demand in European aviation could reach 6.1 million tonnes by 2050 under various scenarios. However, the uptake of hydrogen is uncertain, and the demand for conventional jet fuel is expected to decline significantly, from 49.32 million tonnes in 2030 to between 15.21 and 16.04 million tonnes by 2050, depending on hydrogen usage scenarios.
The paper highlights the logistical challenges of supplying new energy carriers to the aviation sector, emphasizing that a substantial portion will likely need to be imported from regions with abundant renewable energy resources. The authors aim to address the techno-economic aspects of this supply chain, particularly focusing on the transportation and storage of hydrogen in liquid form and the potential for importing SAF in ready-to-use formats. The analysis aims to provide insights into the unique requirements of the aviation sector compared to other industries, setting the stage for further exploration of energy supply chains in subsequent sections of the paper.
Discussion
The discussion section of the research paper delves into the complexities and considerations surrounding hydrogen-based supply chains, particularly focusing on liquid hydrogen (LH2), ammonia, and liquid organic hydrogen carriers (LOHC). Liquid hydrogen, while possessing a high gravimetric energy density of 120 MJ/kg, suffers from low volumetric energy content and significant costs associated with liquefaction and transport. The liquefaction process, which requires cooling hydrogen to below -253°C, results in high energy consumption (11.9 to 15 kWh/kgLH2) and boil-off losses during transport, complicating its use for end users who typically require gaseous hydrogen. The paper highlights the economic implications of transporting LH2, noting that the cost-effectiveness of long-distance transport is influenced by both production and transport costs, with estimates suggesting that transporting LH2 from regions with low electricity costs can be economically viable under certain conditions.
In contrast, ammonia emerges as a promising alternative for hydrogen transport due to its higher boiling point and lower boil-off rates, making it easier to handle and transport. However, the process of converting ammonia back to hydrogen (ammonia cracking) is energy-intensive and adds to the overall energy requirements for hydrogen delivery. The paper also discusses LOHC, which can store hydrogen in a stable, non-toxic form, but similarly faces challenges related to energy consumption during the hydrogenation and dehydrogenation processes. The analysis underscores the need for efficient logistics and infrastructure to manage the transport of hydrogen in various forms, as well as the importance of considering capital and operational expenditures in the development of hydrogen supply chains.
Lastly, the paper addresses the future of sustainable aviation fuels (SAF), emphasizing the role of hydrogen in the production of power-to-liquid (PtL) fuels. It outlines various supply chain options for transporting hydrogen or its derivatives to meet the aviation sector’s demand for renewable fuels, highlighting the necessity of integrating production processes within regions that can provide low-cost renewable energy. The discussion concludes that while there are multiple pathways for hydrogen transport and utilization, each comes with distinct economic and logistical challenges that must be navigated to ensure the viability of hydrogen as a sustainable energy carrier.