دانشگاه‌ها به‌عنوان مراکز علمی در دنیا نقش مهمی را در تحقیق و مطالعه در حوزه‌های تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و جایگزینی آنها با سوخت‌های فسیلی دارند که به‌طور قابل‌توجهی می‌تواند آلودگی هوای ناشی‌از انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهد.

در ادامه گزارش پنجم بهمن روزنامه فرهیختگان آمده است: حمل‌ونقل جزء بخش‌هایی است که از اهداف تعیین‌شده برای سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰ فاصله زیادی دارد. به‌رغم افزایش بهره‌وری انرژی، به‌ویژه در حمل‌ونقل جاده‌ای، تقاضای جهانی انرژی در بخش حمل‌ونقل به‌طور پیوسته در دهه گذشته افزایش یافته که بیشتر به‌دلیل افزایش تعداد و حجم وسایل نقلیه در جاده‌های جهان است. پیامد این افزایش، بالا رفتن میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای از بخش حمل‌ونقل است که به یکی از معضلات جهانی تبدیل شده است.

آلودگی هوا دیگر از بعد چند کشور خارج شده و ابعادی جهانی به خود گرفته، به‌طوری‌که سالانه قریب به ۷ میلیون نفر در دنیا کشته می‌شوند. به گزارش سازمان بهداشت جهانی، تقریبا ۹۹ درصد میزان آلودگی جهانی از محدوده‌های تعیین‌شده فراتر رفته که حاوی آلاینده‌های بسیار بالایی است. این حجم از آلاینده‌ها سلامتی میلیون‌ها نفر را در جهان به خطر می‌اندازد و سالانه عامل بسیاری از موارد مرگ‌ومیر زودرس به‌حساب می‌آید که به‌دلیل سکته، بیماری قلبی، بیماری انسدادی مزمن ریوی، سرطان ریه و عفونت‌های تنفسی مزمن رخ می‌دهد. در سال‌های اخیر باتوجه به بالا رفتن میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای در دنیا و به‌خطر افتادن محیط‌زیست و سلامت مردم، محققان تلاش کرده‌اند راهکارهایی را برای کاهش این قبیل سوخت‌های فسیلی درنظر گرفته و در آینده‌ای نزدیک، انرژی‌های تجدیدپذیر را جایگزین سوخت‌های فسیلی کنند.

حمل‌ونقل جزء بخش‌هایی است که از اهداف تعیین‌شده برای سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰ فاصله زیادی دارد. به‌رغم افزایش بهره‌وری انرژی، به‌ویژه در حمل‌ونقل جاده‌ای، تقاضای جهانی انرژی در بخش حمل‌ونقل به‌طور پیوسته در دهه گذشته افزایش یافته که بیشتر به‌دلیل افزایش تعداد و حجم وسایل نقلیه در جاده‌های جهان است. پیامد این افزایش، بالا رفتن میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای از بخش حمل‌ونقل است که به یکی از معضلات جهانی تبدیل شده است. سیستم حمل‌ونقل در دنیا در سال ۲۰۱۹ حدود یک‌چهارم کل انتشار گازهای گلخانه‌ای را برعهده داشت. البته محققان پیش‌بینی کرده‌اند باتوجه به اثرگذاری این بخش، حتی به‌رغم انجام تمام سیاست‌ها، انتظار می‌رود گازهای گلخانه‌ای منتشرشده از سیستم‌های حمل‌ونقلی تا سال ۲۰۵۰ تا مرز ۶۰ درصد افزایش یابد، درصورتی‌که در این زمینه اقداماتی صورت نگیرد، حمل‌ونقل جاده‌ای تا سال ۲۰۵۰ به‌تنهایی دست‌کم ۷۰درصد از کل گازهای گلخانه‌ای را دربر خواهد گرفت.

تقاضای انرژی برای بخش حمل‌ونقل به‌رغم اینکه سهم زیادی در سوخت‌های فسیلی و درنتیجه انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد، نسبت‌به بقیه حوزه‌ها با سرعت بیشتری رشد داشته است. سیستم حمل‌ونقل حدود یک‌سوم کل مصرف انرژی را در دنیا به خود اختصاص می‌دهد، اما تنها ۳.۷ درصد از این مقدار را منابع تجدیدپذیر تشکیل می‌دهد. درحال حاضر، حمل‌ونقل جاده‌ای معادل سه‌چهارم کل مصرف انرژی حمل‌ونقل جهان را شامل می‌شود.

حضور دانشگاه‌ها را نمی‌توان نادیده گرفت

در این میان، دانشگاه‌ها به‌عنوان مراکز علمی در دنیا نقش مهمی را در تحقیق و مطالعه در حوزه‌های تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و جایگزینی آنها با سوخت‌های فسیلی دارند که به‌طور قابل‌توجهی می‌تواند آلودگی هوای ناشی‌از انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهد. کالج‌ها و دانشگاه‌های آمریکایی جزء مراکزی هستند که تلاش می‌کنند با مطالعات گسترده و اقداماتی که در این زمینه انجام می‌دهند، راهکارهایی را برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی و درنتیجه کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ارائه دهند. بسیاری از دانشگاه‌های آمریکا در زمینه‌های مصرف انرژی، به‌کارگیری فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر و تغییر به استفاده از خودروهای برقی فعالیت می‌کنند. درحال حاضر، بیش از ۴۰ کالج و دانشگاه حدود ۱۰۰ درصد یا حتی بیشتر از برق گرفته‌شده از منابع انرژی تجدیدپذیر را دراختیار دارند.

دو پروژه استراتژیک تا سال ۲۰۲۰ در دانشگاه آریزونا

این دانشگاه آمریکایی یکی از بزرگ‌ترین قراردادهای انرژی‌های تجدیدپذیر را بین دانشگاه و یک شرکت برق منعقد کرد. این توافقنامه با شرکت نیروی برق Tucson باعث شد دو پروژه جدید پیرامون انرژی‌های تجدیدپذیر در این دانشگاه موردتوجه قرار گیرد؛ یکی پروژه سیستم ذخیره‌سازی خورشیدی جنوب‌شرقی Tucson و پروژه دیگر شامل تأسیس یک مزرعه بادی در نیومکزیکو که طبق برنامه‌ریزی‌ها در انتهای سال ۲۰۲۰ به بهره‌برداری رسید.

تولید انرژی‌های تجدیدپذیر تا ۲۰۳۵ در دانشگاه هاوایی

این دانشگاه درنظر دارد تا سال ۲۰۳۵ تا حد امکان درقالب پردیس‌های دانشگاهی به تولید انرژی‌های تجدیدپذیر بپردازد. در سال ۲۰۱۹، نصب حدود یک مگاوات پنل خورشیدی در دانشگاه هاوایی در سازه پارک «مانوآ»، به‌صورت آنلاین درآمد و پنل انرژی خورشیدی دیگر هم در تابستان ۲۰۲۰ راه‌اندازی شد.

دانشگاه کالیفرنیا، مرکزی برای خنثی‌سازی کربن

این دانشگاه متعهد شده است تا سال ۲۰۲۵ بالغ‌بر ۱۰۰ درصد الکتریسیته پاک را تولید کرده و به مرکز خنثی‌سازی کربن تبدیل شود. یکی از تأثیرگذارترین بخش‌های این تعهد، سیاست دانشگاه‌ برای جلوگیری از احتراق سوخت‌های فسیلی در محل به‌منظور گرمایش فضا و آب در تمام ساختمان‌های جدید پردیس و سازه‌هایی است که تحت بازسازی‌های عظیم قرار گرفته‌اند. درواقع، تمام دانشگاه‌ها و کالج‌ها باید برای دستیابی به ۱۰۰ درصد انرژی حاصل از منابع تجدیدپذیر شامل انرژی برق، گرمایش و دیگر نیازهای انرژی ساختمانی و غیره برنامه‌ریزی کنند، مصرف انرژی را ازطریق بهبود بهره‌وری انرژی و ابتکارات صرفه‌جویی در انرژی کاهش دهند، از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد و خورشیدی برای تأمین ۱۰۰ درصد از نیروی برق استفاده کنند، انتقال تمام سیستم‌های انرژی ساختمانی شامل سیستم‌های گرمایشی، آب گرم و سرد باید انرژی خود را از منابع انرژی تجدیدپذیری چون آب گرم خورشیدی یا پمپ‌های گرم با منبع زمینی تأمین کرده و نیز تمام وسایل نقلیه با سوخت فسیلی را با خودروهای برقی تعویض کنند.

استفاده از کاتالیست‌ها در دانشگاه استنفورد

مهندسان و دانشمندان دانشگاه استنفورد به‌دنبال راه‌های جدیدی برای تولید سوخت‌های تجدیدپذیر برای سیستم‌های حمل‌ونقلی هستند. آزمایشگاه‌های متعددی در این دانشگاه به‌منظور توسعه فناوری‌های نوین راه‌اندازی شده‌اند که می‌توانند به دانشمندان در تولید گاز هیدروژنی فاقد گازهای گلخانه‌ای شامل اسپلیترهای آبی خورشیدی و آنزیم‌های زیست توده کمک کنند. برخی محققان این دانشگاه هم از روش‌های نظری و آزمایشی برای کار با کاتالیست‌های الکتروشیمیایی با هدف تبدیل گازهای گلخانه‌ای به سوخت‌ها و موادشیمیایی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند. در بازه زمانی سال‌های ۲۰۱۹- ۲۰۱۸ حدود ۳۰۰ استاد و عضو هیأت‌علمی دانشگاه استنفورد در هفت دانشکده این دانشگاه در تحقیقات مرتبط با انرژی، تولید صدها تحقیق در زمینه علم، فناوری، تجارت و سیاست انرژی حضور داشته‌اند. علاوه‌بر این، استادان و اعضای هیأت‌علمی، صدها دانشجو و محقق پسادکتری مسئولیت کار در حوزه انرژی را در این دانشگاه برعهده گرفته‌اند.

یکی از پروژه‌هایی که دانشگاه استنفورد در زمینه سوخت‌های تجدیدپذیر در حوزه حمل‌ونقل در دستورکار دارد، گروهی است که روی تولید سوخت‌های هیدروژنی فعالیت می‌کنند. در این راستا، کارگاهی در سال ۲۰۲۱ برگزار شد و محققان در آن، درباره کربن‌زدایی از سیستم حمل‌ونقل بحث کردند. هر دو سلول سوخت هیدروژنی و باتری‌های الکتریکی جزء گزینه‌هایی برای توسعه سیستم حمل‌ونقلی به‌شمار می‌روند. حمل‌ونقل برقی و باتری‌ای، مزیت‌هایی در این بخش دارند، اما باتوجه به بالا رفتن تقاضا در این بخش، ممکن است با محدودیت‌هایی روبه‌رو شوند و نیز گزینه گرانقیمتی برای سیستم‌های حمل‌ونقلی محسوب می‌شوند، بنابراین بیشتر برای خودروهایی با ابعاد کوچک‌تر مقرون‌به‌صرفه‌تر هستند. اما خودروهای تجاری و سنگین‌تر مدت‌زمان بیشتری به انرژی نیاز دارند که در این میان، سوخت‌های هیدروژنی گزینه مناسب‌تری است. درواقع، این سوخت‌ها روش کارآمدتری برای توزیع منابع عظیم انرژی به‌ویژه در ابعاد حمل‌ونقل تجاری محسوب می‌شوند.

بسیاری از خطوط اتوبوسرانی و دوچرخه را می‌توان حول محور خودروهای برقی باتری‌ای سامان‌دهی کرد. در سیستم قطارها، فرصت‌های خوبی برای کربن‌زدایی ازطریق استفاده از سلول‌های سوخت هیدروژنی مطرح می‌شود. در سیستم‌های هواپیمایی چندان نمی‌توان روی سیستم‌های برقی باتری‌ای حساب باز کرد و محققان دانشگاه استنفورد سوخت‌های هیدروژنی را به‌عنوان گزینه‌ای احتمالی در بخش هواپیمایی تا سال ۲۰۳۵ مطرح کرده‌اند. توسعه این فناوری و استفاده از این سوخت در سیستم هواپیمایی مستلزم اعمال تغییراتی کلی در تمام هواپیماها است. این سوخت را در هواپیماها با استفاده از سلول سوخت هیدروژنی به اضافه باتری قابل‌شارژ اعمال می‌کنند و قادر خواهند بود احتراق مستقیم را عملی کنند.

محققان دانشگاه استنفورد روی فناوری اتوبوس ترانزیت با انتشار صفر گازهای گلخانه‌ای کار می‌کنند که در آن از طرح‌های سیستم الکتریکی متفاوت سلول سوختی بهره می‌برند. ازجمله راهکارهایی که درقالب طرح‌های دانشگاهی درنظر گرفته شده، زیرساخت شارژ برقی باتری است که در سال ۲۰۲۰ با هزینه حدود ۸۹۷ هزار دلاری ساخته شد. این زیرساخت از ۶ ایستگاه شارژ و یک ایستگاه شارژ پرتابل ساخته شده است. این درحالی است که ایستگاه سوخت هیدروژنی برای حمل‌ونقل اتوبوسی چندسال پیش با هزینه ۶۳۰۰ دلاری احداث شده بود که تا حد زیادی می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند.

طرح‌های دانشگاه ملبورن برای سوخت‌های تجدیدپذیر

موسسه انرژی ملبورن در استرالیا پژوهش‌های تأثیرگذار و میان‌رشته‌ای را در تغییر سیستم استفاده از انرژی به سیستم انرژی پاک در دستورکار قرار داده است. محققان و دانشمندان این دانشگاه در زمینه پرچالش‌ترین حوزه‌های انرژی، با اجتماعات، صنایع و دولت همکاری می‌کنند. تولید نیرو و حمل‌ونقل و نیز سوخت‌های پاک و هیدروژنی از مهم‌ترین حوزه‌های پژوهشی و مطالعاتی در این دانشگاه به‌شمار می‌روند. طرح تولید نیرو و حمل‌ونقل محققانی را گردهم می‌آورد که انواعی از نیروگاه‌ها با پایین‌ترین میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و انرژی تجدیدپذیر را برای کاربردهای مختلف موردبررسی قرار می‌دهند که از آن جمله می‌توان به توربین‌های بادی، خورشیدی و گازی؛ موتورهای پیستونی و فناوری‌های ذخیره انرژی اشاره کرد.

از مزایای حوزه تولید انرژی و حمل‌ونقل می‌توان موارد ذیل را نام برد: جذب و ذخیره کربن؛ سوخت‌های معمولی و جایگزین و شیمی گازهای گلخانه‌ای؛ توربین‌های گازی، موتور پیستونی، دینامیک و بهینه‌سازی پیشرانه هیبریدی و الکتریکی؛ توربین‌ها و مزارع بادی، پنل‌های خورشیدی و دینامیک و بهینه‌سازی ذخیره انرژی؛ وسایل نقلیه کم‌کشش زمینی، دریایی و هوایی؛ روش‌های پیشرفته محاسباتی و استفاده از یادگیری ماشینی در کاربرد انرژی؛ شیمی اتمسفر و تأثیر آلودگی هوا بر سلامت و بهداشت عمومی.

تأثیر این مطالعات در دانشگاه ملبورن منجربه ساخت پیشرانه، موتور و سوخت برای کمپانی خودروسازی «فورد»، گروه علم و فناوری دفاعی استرالیا و صنایع سنگین میتسوبیشی شده است. گروه علم و فناوری دفاعی این کشور، تمام متخصصان حوزه‌های مرتبط را از رشته‌های میان‌رشته‌ای جمع‌آوری کرده و به بررسی چالش‌های امنیتی ملی و دفاعی می‌پردازند. از دیگر نقش‌های دانشگاه ملبورن می‌توان به بهبود آیرودینامیک موتور هواپیما برای کمپانی جنرال‌الکتریک اشاره کرد. اجرایی کردن عملکرد پنل‌های خورشیدی در سراسر بازار انرژی استرالیا و نیز پیش‌بینی عملی تولید برق مزارع بادی و خورشیدی از دیگر اثرات تحقیقات دانشگاهی در استرالیا است.

از دیگر فعالیت‌های دانشگاه ملبورن، طرح سوخت‌های پاک و هیدروژنی است که نمی‌توان تأثیر آن را در کاهش آلودگی هوای ناشی‌از سوخت‌های فسیلی نادیده گرفت. این طرح، پژوهش‌ها را به تولید، توزیع و استفاده از سوخت‌های هیدروژنی در سیستم انرژی نزدیک می‌کند. محققان استرالیایی در این طرح، تولید الکترولیزها و سوخت‌های پاک و نیز توزیع سوخت پاک و هیدروژنی و استفاده از آنها در حمل‌ونقل و صنایع را مورد بررسی و مطالعه قرار می‌دهند. ماحصل این طرح، پیشبرد تحقیقات روی موتور پیستونی با استفاده از سوخت‌رسانی هیدروژنی و گازهای مصنوعی برای کمپانیCaterpillar، «فورد» و دیگر شرکا؛ حمایت از استراتژی ملی سوخت هیدروژنی؛ پروژه ارائه مشاوره تخصصی به زنجیره تأمین انرژی هیدروژنی؛ بهینه‌سازی سیستم‌های انرژی یکپارچه حاوی هیدروژن برای شرکت‌هایFuture Fuels CRC و دیگر شرکا است.