سوختهای جایگزین در هوانوردی
امروزه هوانوردی تجاری از اجزای اصلی اقتصاد دنیاست و قیمت سوخت هوایی براساس نرخ رایج نفت در جهان تعیین می‌گردد که این امر بیشترین سهم را در افزایش یا کاهش هزینه‌های عملیاتی هواپیما دارد. در بازار قیمت گذاری بلیت هواپیما، شرکت‌های هواپیمایی متعددی برای جبران رشد سریعی که اخیرا در قیمت‌های سوخت حاصل شده است، اضافه بهای سوخت را مستقیم یا غیر مستقیم به قیمت بلیت اضافه می‌کنند، از طرفی پیش‌بینی می‌شود که قیمت جهانی نفت برای چندین سال همین‌طور رو به افزایش باشد؛ همین امر سبب شده تا شرکت‌های هواپیمایی در صدد جستجوی سوختهای جایگزین برآیند.
قیمت سوختهای مایع اشتعال پذیر (غیر از مشتقات نفت) نیز احتمالا در طی دوره اوج اتمام نفت رشد خواهد کرد. سوخت ترکیبی که از گاز طبیعی و زغال سنگ به طور مصنوعی تهیه می‌شود، می‌تواند یک سوخت جایگزین مهم یاشد.بدین ترتیب، قیمت زغال سنگ، گاز طبیعی و بیوسوخت‌ها مانند الکل اتانول و تقاضای بازار برای آن‌ها نیز افزایش خواهد یافت. سامانه‌های عبور و مرور شهری از وسایل نقلیه برقی بهره بیشتری خواهند برد و تعداد ماشین‌هایی که از باتری (لیتیوم) نیرو می‌گیرند افزایش می‌یابد؛ احتمالا رقابت اصلی صنعت هوانوردی تجاری در آینده برای سوخت و انرژی خواهد بود.
هواپیمای ناحیه‌ای یا حمل و نقل کوتاه
موتورهای توربینی هواپیما دارای سوزاندن انواع سوخت می‌باشند. شرکت‌های هواپیمایی حمل و نقل کوتاه برد و ناحیه‌ای که مسیرهای کمتر از 500 مایل را اداره می‌کنند، می‌توانند متحمل‌ترین نامزد برای استفاده از سوخت هواپیمایی جایگزین باشند. ناوگان این شرکت‌ها از موتورهای توربوتراپ یا توربوفن نیرو می‌گیرند و می‌توانند برای حمل یک سوخت ارزان‌تر با مقدار انرژی کمتر، ظرفیتی کافی در مخازن خود داشته باشند. آن ها به شرطی از چنین سوختی می‌توانند بهره گیرند که قیمت آن به ازای هر واحد از سوخت فسیلی هواپیمایی ارزان‌تر باشد.
پرواز در ارتفاع کم
هواپیماهایی که در داخل جو پرواز می‌کنندشکل بال خاصی دارند که یک بالشتک هوا بین بال و سطحی که بر فراز آن پرواز می‌کند به وجود می‌آید. نمونه‌های بزرگ و سنگین این هواپیماها می‌توانند با سرعت متوسط بر فراز آب پرواز کنند و مسافران و بار را بین مراکز ساحلی و مکان‌های دیگر تا 500 مایل جا به جا نمایند. حذف نیاز به صعود تا ارتفاع حداقل 10،000پا می‌تواند از هزینه‌های سوخت بکاهد. امکان اجرای چنین مهارتی می‌تواند به واسطه پیشرفت اخیری که در این زمینه در مقیاس هواپیمای مدل آزمایش کرده است، افزایش یابد.
چنین هواپیمایی می‌تواند از موتورهای غیر معمول برون سوز نیرو بگیرد که سوختهای غیرمعمول (همچون کربوهیدرات‌ها که برای استفاده در موتورهای درون سوز نامناسب هستند) می‌سوزانند. نمونه‌های بزرگ این هواپیماها می‌توانند از مکانیزم‌های انتقال نیروی برق استفاده کرده و از ملخ‌هایی که با انرژی الکتریکی کار می‌کنند و هم اندازه روتورهای یک بالگرد هستند، نیرو بگیرند. این واحدها می‌توانند جرم بزرگی از هوا را با سرعت کمتر حرکت داده و نیروی جلو برندگی زیاد (200،000 پاوند نیرو برای هر ملخ) با بازدهی پیشراننده بالا آزاد کنند. یک راه‌حل دیگر، دمیدن گازهای گرم احتراق از میان تیغه‌های ضخیم روتور به جریان‌های قابل تنظیم که در نوک روتورها ایجاد می‌شوند است تا ملخ‌ها را براند.
پیشرفت‌ها و پژوهش‌ها
هیدروژن مایع که به درجه سرمای زیر نقطه انجماد رسیده، می‌تواند به عنوان یک سوخت جایگزین برای بعضی از انواع خدمات خطوط هوایی تجاری مورد استفاده قرار گیرد. برای رفع مشکلات منطقی و محاسبه‌ای مرتبط با استفاده از این سوخت در هواپیماهای مافوق صوت و ماوراء صوت، به پژوهشی وسیع نیاز خواهد بود. سوختهای جایگزین دیگر می‌توانند دارای فناوری‌های ذخیره سازی انرژی به مقدار زیاد باشند که حاصل پیشرفت در زمینه‌های فناوری
نانو و فوق رسانایی دما بالا
(High- Temperature Super Conductivity) می‌باشند.
البته پیشرفت‌های مهم و پراکنده‌ای به طور متناوب و دوره‌ای در هر دو زمینه رخ می‌دهد. به احتمال زیاد، فوق رسانایی دما بالا در فناوری ذخیره سازی انرژی، در سطح بالایی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. سرانجام پیشرفت‌ها در فناوری نانو اجازه می‌دهد تا مواد فوق رسانای دما بالا با قیمتی تولید شوند که استعمال آن‌ها برای تولید نیروی محرکه هواپیماها را توجیه کند.
ذخیره سازی و نیروی جلوبرندگی الکتریکی
انرژی ذخیره شده در فناوری ذخیره سازی فوق رسانایی می‌تواند به موتورهای الکتریکی نیرو بدهد. این موتورها فن‌های یکسان جلوبرنده‌ای را می‌چرخانند که در جلوی موتورهای توربوفن با نسبت کنار گذر بالا قرار دارند.چنین فن‌هایی تا 90 درصد نیروی پیشرانه موتور توربوفن را تولید می‌کنند. در هنگام برخاست، برای چرخاندن هر فن جلوبرنده که از انرژی الکتریکی نیرو می‌گیرد از موتورهای الکتریکی سبک نیز کمک گرفته می‌شود.
فن‌های کوآندا می‌توانند هواپیماهای تجاری فروصوت که از فناوری ذخیره سازی برق زیاد استفاده می‌کنند را به جلو برانند. چنین فن‌هایی در اصل توسط فیزیکدانی به نام «هنری کوآندا» بسط و توسعه یافتند و می‌توانند از نظر کارایی و سرعت پرواز مانند فن‌های جلوبرنده که با توربین می‌چرخند، عمل کنند. هواپیماهایی که از انرژی الکتریکی نیرو می‌گیرند می‌توانند در هوای رقیق‌تر در ارتفاع بیشتر (تا 65000 پا) مسیرهای بیشتری را بپیمایند (چون نیروی پسار کمتری بر هواپیما وارد می‌شود.) هوای سرد در ارتفاعات زیاد نیز می‌تواند به عملکرد سامانه‌های ذخیره سازی انرژی فوق رسانایی به طور شایسته کمک کند.
سامانه‌های ذخیره سازی انرژی فوق رسانایی در هواپیماهای آینده، احتمالا با نیتروژن مایع خنک خواهند شد. هواپیماهای تجاری که پروازهای طولانی مدت انجام می‌دهند معمولا پس از پروازهای طولانی در آشیانه‌ها تعمیر و روغن‌کاری و شیشه می‌شوند. در طی چنین دوره‌های خدمات‌دهی، سامانه‌های خنک سازی و ذخیره سازی انرژی می‌توانند دوباره شارژ شوند.
طراحی سامانه‌های ذخیره سازی انرژی که بتوانند همراه با سامانه‌های خنک سازی خود در طول توقف‌های کوتاه در فرودگاه‌ها برداشته شده و تعویض شوند امکان‌پذیر است. چنین رفتاری می‌تواند به کاهش زمان رفت و برگشت هواپیما کمک کند. احداث سامانه‌های ذخیره سازی انرژی فوق رسانا در هواپیماهای تجاری در آینده دور مستلزم مجهز بودن پایانه‌های فرودگاه‌های آینده به فناوری تولید نیرو در خود یا در نزدیکی آن‌ها خواهد بود.
تولید نیرو
تعداد وسایل نقلیه ریلی و جاده‌ای که از انرژی الکتریکی و هیدروژن نیرو می‌گیرند احتمالا در طی اوج کمیابی و اتمام ذخایر نفت افزایش خواهد یافت. هواپیماهای ناحیه‌ای کوتاه برد می‌توانند از اتانول و هیدروژن نیرو بگیرند در صورتی که هواپیماهای مافوق صوت آینده می‌توانند از هیدروژن مایع به عنوان سوخت استفاده کنند. صنعت هوانوردی آینده (هنگام اتمام نفت) احتمالا برای تامین انرژی سامانه‌های ذخیره سازی انرژی فوق رسانایی، تامین انرژی سامانه‌های خنک سازی نیتروژن مایع و همچنین برای تولید، فشرده سازی و به درجه زیر نقطه انجماد رساندن مقدار زیادی هیدروژن به مقدار زیادی انرژی الکتریکی نیاز خواهد داشت.
فرودگاه‌های بین‌المللی بزرگ عاقبت ممکن است برای تامین نیازهای انرژی ناوگان هواپیماهایی که از انرژی الکتریکی و سوخت هیدروژنی نیرو می‌گیرند، احتیاج به تولید نیروی الکتریکی در محل پیدا کنند. جایگاه‌های نیروی فرودگاه می‌توانند اتمی باشند، از ترکیبات هیدروژنی استفاده کنند یا بر پایه دیگر فناوری‌های تولید نیروی غیرمعمول که هنوز موضوعی برای پژوهش هستند، بنا شوند. گرمایی که از این مراکز نیروی حرارتی دفع می‌شود می‌تواند اصلاح شده و برای مصارف زیر مورد استفاده قرار گیرد:
گرمادهی ساختمان‌ها (گرمادهی حوزه‌ای) در طول زمستان؛
تقویت مکش سامانه‌های تهویه هوا در طول تابستان؛
نیرودهی به موتورهای کم حرارت برای تولید برق در زمستان.
ذخیره سازی انرژی
توانایی ذخیره سازی مقدار زیادی انرژی در فرودگاه‌ها یا در نزدیکی آن‌ها نیز در اوج بحران اتمام نفت از اهمیت بالایی برخوردار خواهد شد. انرژی برق می‌تواند پیش از دوره‌های اوج اتمام نفت از شبکه خریداری شده و برای مدت کوتاه ذخیره سازی شود. جایگاه‌های نیروی فرودگاه‌ها که با دوره‌های قبل از اوج اتمام نفت مواجه هستند می‌توانند سامانه‌های ذخیره سازی فرودگاه را که ممکن است شامل ذخیره سازی فوق رسانایی، باتری‌های شارژی، ذخیره سازی هیدرولیک یا ذخیره سازی بادی باشند، از انرژی پر کنند. هوایی که از سامانه‌های ذخیره سازی بادی خارج می‌شود ممکن است به اندازه کافی سرد باشد که بتواند به ذخیره سازی مجدد سامانه‌های ذخیره سازی نیتروژن مایع کمک کند.
نتیجه‌گیری
احتمالا در آینده پیشرفت‌های علمی در هر دو زمینه فناوری نانو و فوق رسانایی رخ خواهند داد. فناوری‌های ذخیره سازی تکامل یافته و در آینده‌ای نه چندان دور پدیدار می‌شوند. بنابراین می‌توان پیش‌بینی کرد که هواپیماهای تجاری که از انرژی الکتریکی نیرو بگیرند و در سرعت‌های فروصوت پرواز کنند، در آینده ظهور می‌نمایند. سوختهای مایع دیگری که از نظر قیمت با نفت فسیلی قابل رقابت هستند نیز تولید شده و در صنعت هوانوردی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.