DOI: https://doi.org/10.3389/ffuel.2026.1748966
تاريخ النشر: 2026-03-02
المؤلف: Jörg Leicher وآخرون
الموضوع الرئيسي: الطاقة المتجددة وأنظمة الطاقة المستدامة
نظرة عامة
تناقش هذه القسم الدور الحاسم للوصول إلى الطاقة في المجتمع الحديث، مع تسليط الضوء على التحدي المزدوج المتمثل في تلبية الطلب المتزايد على الطاقة مع معالجة الانبعاثات الكبيرة لغازات الدفيئة (GHG) المرتبطة باحتراق الوقود الأحفوري. مع استمرار هيمنة الوقود الأحفوري على إمدادات الطاقة الأولية، هناك حاجة ملحة لفصل إنتاج الطاقة عن انبعاثات غازات الدفيئة لمكافحة تغير المناخ. تم تحديد الكهرباء، وخاصة من خلال المصادر المتجددة، كمسار رئيسي نحو تحقيق نظام طاقة خالٍ من الانبعاثات. ومع ذلك، فإن قيود الكهرباء كحامل للطاقة، خاصة في التخزين على نطاق واسع والتطبيقات ذات الكثافة العالية، تستدعي دمج الوقود الاصطناعي والبيولوجي لتكملة مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة.
يتطلب المشهد المتطور للطاقة تحولًا في دور تقنيات الاحتراق، التي ستنتقل من كونها المصدر الرئيسي للطاقة إلى وظيفة داعمة تعزز موثوقية أنظمة الطاقة المتجددة. يتضمن هذا التحول التركيز على أوضاع تشغيل مرنة وديناميكية، وتطبيقات هجينة، وتطوير وقود جديد مثل الهيدروجين والأمونيا. يؤكد القسم أنه بينما تظل كفاءة الاحتراق التقليدية والتحكم في الانبعاثات مهمة، فإن البحث والتطوير في المستقبل سيعطيان الأولوية بشكل متزايد لدمج الأنظمة وتكييف التقنيات الحالية لاستيعاب الوقود الجديد. في النهاية، يجب أن يوازن السعي نحو نظام طاقة خالٍ من الكربون بين أمان الإمداد، والقدرة على تحمل التكاليف، والاستدامة البيئية، مع معالجة التعقيدات التي تطرحها زيادة الطلب العالمي على الطاقة والتقدم التكنولوجي.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة الضوء على الدور الحاسم لتقنية الاحتراق في الحضارة الإنسانية المبكرة وأهميتها المستمرة في أنظمة الطاقة الحديثة، حيث يتم تلبية حوالي 60% من الطلب العالمي على الكهرباء بواسطة الوقود الأحفوري مثل الفحم والغاز. تؤكد على أن الطاقة تشمل أكثر من مجرد الكهرباء، حيث أن الطاقة الميكانيكية والحرارة ضرورية للنقل والعمليات الصناعية. ومن الجدير بالذكر أن ثلثي الطلب العالمي على الطاقة الصناعية يُعزى إلى تسخين العمليات، الذي يتم تشغيله بشكل أساسي بواسطة الوقود الأحفوري، مما يبرز الطبيعة كثيفة الطاقة لإنتاج المواد.
تهدف المراجعة، المستندة إلى كلمة رئيسية في مؤتمر IFRF 2025، إلى استكشاف آثار علم وتقنية الاحتراق على المجتمع الحديث مع معالجة التحديات البيئية التي تطرحها الاعتماد على الوقود الأحفوري، وخاصة انبعاثات غازات الدفيئة. تناقش الانتقال نحو إزالة الكربون من خلال الكهرباء والأدوار المحتملة للوقود الاصطناعي والبيولوجي، مثل الهيدروجين والأمونيا، في تكملة التطبيقات المعتمدة على الكهرباء. تختتم الورقة بتحديد الحالة الحالية للبحث في الاحتراق المتعلقة بهذه الوقود الجديدة وتحديد المجالات التي تتطلب مزيدًا من التحقيق.
نقاش
يؤكد قسم النقاش في ورقة البحث على العلاقة الحاسمة بين الوصول إلى الطاقة والتنمية البشرية، كما يتضح من مؤشر التنمية البشرية (HDI) فيما يتعلق بالطلب على الطاقة الأولية للفرد. تشير النتائج إلى وجود ارتباط قوي بين استهلاك الطاقة المرتفع وتحسين جودة الحياة، خاصة في المناطق المتطورة مثل الاتحاد الأوروبي وأمريكا الشمالية. ومع ذلك، فإن العلاقة غير خطية، مع وجود تفاوتات كبيرة في كفاءة الطاقة وأنماط الاستهلاك. ومن الجدير بالذكر أن المناطق التي تعاني من وصول محدود إلى الطاقة تواجه عوائق كبيرة أمام التقدم الاقتصادي والاجتماعي، مما يبرز ضرورة وجود طاقة موثوقة وبأسعار معقولة لتعزيز الازدهار.
تستكشف الورقة أيضًا السياق التاريخي للطلب العالمي على الطاقة، متتبعة نموه الأسي منذ الثورة الصناعية، التي انتقلت بالمجتمعات من الاعتماد على الكتلة الحيوية التقليدية إلى الوقود الأحفوري والطاقة المتجددة الحديثة. على الرغم من التقدم في تقنيات الطاقة المتجددة، لا يزال الوقود الأحفوري يهيمن على مشهد الطاقة، ويرجع ذلك أساسًا إلى كثافته العالية من الطاقة والبنية التحتية الراسخة. يتناول النقاش أيضًا الحاجة الملحة لإزالة الكربون، حيث تسهم انبعاثات غازات الدفيئة الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري بشكل كبير في تغير المناخ. يجادل المؤلفون بضرورة فصل إمدادات الطاقة عن انبعاثات غازات الدفيئة مع موازنة الحاجة إلى وصول آمن وبأسعار معقولة للطاقة. يتم التأكيد على تعقيدات الانتقال إلى نظام طاقة قائم على الطاقة المتجددة، خاصة في التطبيقات الصناعية حيث قد لا تكون الكهرباء وحدها كافية، مما يستدعي استكشاف الوقود الاصطناعي والهيدروجين كبدائل قابلة للتطبيق للعمليات ذات درجات الحرارة العالية.
DOI: https://doi.org/10.3389/ffuel.2026.1748966
Publication Date: 2026-03-02
Author(s): Jörg Leicher et al.
Primary Topic: Renewable energy and sustainable power systems
Overview
The section discusses the critical role of energy access in modern society, highlighting the dual challenge of meeting growing energy demands while addressing the significant greenhouse gas (GHG) emissions associated with fossil fuel combustion. As fossil fuels continue to dominate primary energy supply, there is an urgent need to decouple energy production from GHG emissions to combat climate change. Electrification, particularly through renewable sources, is identified as a key pathway toward achieving a net-zero energy system. However, the limitations of electricity as an energy carrier, especially in large-scale storage and high-density applications, necessitate the integration of synthetic and biogenic fuels to complement variable renewable energy sources.
The evolving landscape of energy demands a shift in the role of combustion technologies, which will transition from being the primary energy source to a supportive function that enhances the reliability of renewable energy systems. This shift entails a focus on flexible and dynamic operational modes, hybrid applications, and the development of new fuels such as hydrogen and ammonia. The section emphasizes that while traditional combustion efficiency and emissions control remain important, future research and development will increasingly prioritize system integration and the adaptation of existing technologies to accommodate new fuels. Ultimately, the pursuit of a decarbonized energy system must balance security of supply, affordability, and environmental sustainability, addressing the complexities introduced by rising global energy demands and technological advancements.
Introduction
The introduction of the paper highlights the critical role of combustion technology in early human civilization and its continued significance in modern energy systems, where approximately 60% of global electricity demand is still met by fossil fuels like coal and gas. It emphasizes that energy encompasses more than just electricity, with mechanical energy and heat being essential for transportation and industrial processes. Notably, two-thirds of global industrial energy demand is attributed to process heating, predominantly powered by fossil fuels, underscoring the energy-intensive nature of material production.
The review, based on a keynote at the 2025 IFRF Conference, aims to explore the implications of combustion science and technology on modern society while addressing the environmental challenges posed by fossil fuel dependency, particularly greenhouse gas emissions. It discusses the transition towards decarbonization through electrification and the potential roles of synthetic and biogenic fuels, such as hydrogen and ammonia, in complementing electricity-based applications. The paper concludes by outlining the current state of combustion research related to these new fuels and identifying areas requiring further investigation.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the critical relationship between energy access and human development, as illustrated by the Human Development Index (HDI) in relation to primary energy demand per capita. The findings indicate a strong correlation between higher energy consumption and improved quality of life, particularly in well-developed regions like the EU and North America. However, the relationship is non-linear, with significant disparities in energy efficiency and consumption patterns. Notably, regions with limited energy access experience substantial hindrances to economic and societal progress, highlighting the necessity for reliable and affordable energy to foster prosperity.
The paper further explores the historical context of global energy demand, tracing its exponential growth since the Industrial Revolution, which transitioned societies from reliance on traditional biomass to fossil fuels and modern renewables. Despite advancements in renewable energy technologies, fossil fuels continue to dominate the energy landscape, primarily due to their high energy density and established infrastructure. The discussion also addresses the urgent need for decarbonization, as greenhouse gas emissions from fossil fuel combustion contribute significantly to climate change. The authors argue for a decoupling of energy supply from greenhouse gas emissions while balancing the need for secure and affordable energy access. The complexities of transitioning to a renewable-based energy system are underscored, particularly in industrial applications where electrification alone may not suffice, necessitating the exploration of synthetic fuels and hydrogen as viable alternatives for high-temperature processes.