WiDE: إطالة عمر الديزل في عالم يتجه نحو خفض الكربون

تشكل وسائل النقل حوالي خمسًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، حيث يتحمل النقل البري وحده ثلاثة أرباع هذه الانبعاثات.

تأتي معظم هذه الانبعاثات من النقل البري من المركبات الخاصة مثل السيارات والحافلات، تليها شاحنات الشحن. بينما البنزين هو الوقود الأكثر شيوعًا للمركبات الخفيفة، فإن الديزل هو الوقود الأساسي للمركبات التجارية مثل الشاحنات والحافلات.

ذلك لأن هذا الخليط من الهيدروكربونات المستخرج من تقطير النفط الخام يتمتع بكفاءة محرك أعلى.

في الواقع، يتمتع الديزل بـ 25% إلى 35% كفاءة وقود أفضل من البنزين، مما يجعله الخيار الأمثل للمركبات التجارية. بالإضافة إلى توفير استهلاك الوقود الأفضل، توفر محركات الديزل تسارعًا أقوى وقدرة سحب ونقل أعلى، وتحتاج إلى صيانة أقل، وتتمتع بمتانة أكبر.

ولكن في الوقت نفسه، يُعد الديزل أحد أكبر المساهمين في تلوث الهواء من خلال ملوثات مثل السخام، وأول أكسيد الكربون (CO)، وأكاسيد النيتروجين (NOx)، وأكاسيد الكبريت (SOx)، والهيدروكربونات (HCs)، والمواد الجسيمية (PM).

تطلق محركات الديزل أيضًا ثاني أكسيد الكربون (CO2)، والذي، على الرغم من أنه ليس سامًا بشكل واضح مثل الغازات الأخرى، إلا أنه غاز دفيئة مهم. تُظهر البيانات أن استهلاك وقود الديزل شكل حوالي 25٪ من إجمالي قطاع النقل في الولايات المتحدة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في عام 2022.

للمساعدة في تقليل الآثار السلبية لوقود الديزل على صحتنا والبيئة، لجأ الباحثون من الجامعة الفدرالية للتكنولوجيا أويري (FTO) في نيجيريا إلى تقنية مستحلب الماء في الديزل (WiDE) وحددوا أنها استراتيجية واعدة لتقليل التلوث الناتج عن محركات الديزل¹ مع الحفاظ على أدائها، أو حتى تحسينه.

انبعاثات الديزل: لماذا تظل تحديًا رئيسيًا للتلوث

كأحد المصادر الرئيسية للانبعاثات الضارة، تشكل محركات الديزل مخاطر صحية خطيرة، مثل مشاكل الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية. كما أنها تسهم في مشاكل بيئية مثل الضباب الدخاني، والأمطار الحمضية، والاحترار العالمي.

لتخفيف الأثر البيئي لمحركات الاحتراق بالضغط، تستخدم محركات الديزل الحديثة تقنيات مختلفة للتحكم في الانبعاثات، مثل محفزات أكسدة الديزل (DOCs)، والاختزال الحفزي الانتقائي (SCR)، وإعادة تدوير غاز العادم (EGR)، ومرشحات الجسيمات للديزل (DPFs).

في حين أن هذه التقنيات يمكن أن تساعد في تقليل الانبعاثات، إلا أنها لا تفعل ذلك بالكامل، بالإضافة إلى أنها تزيد من تكلفة وتعقيد المحركات.

على سبيل المثال، يقلل DOC بفعالية من CO وHC لكنه يؤثر قليلًا على انبعاثات الجسيمات وNOx، بينما DPF فعال في تقليل انبعاثات الجسيمات لكنه لا يعالج CO أو NOx، والتي يمكن تقليلها بفعالية عبر EGR الاقتصادي، إلا أنه قد يزيد قليلًا من انبعاثات الجسيمات.

هناك بدائل أخرى، مثل الديزل الحيوي، المستخرج من الكتلة الحيوية، وقد نجح في تقليل PM وCO وHC بشكل كبير، لكن قد يزيد مرة أخرى من انبعاثات NOx.

تشير دراسة باحثي FTO إلى أن تكوين NOx وPM يعتمد على درجة الحرارة ويظهر علاقة عكسية، مما يعني أن تقليل أحدهما غالبًا ما يزيد من الآخر.

حل لهذه المشكلة هو إدخال الماء إلى غرفة الاحتراق، مما يقلل بشكل كبير من انبعاثات كل من NOx وPM. الآن، هناك عدة طرق مختلفة لإدخال الماء إلى محركات الديزل. تشمل هذه طريقة تبخير الماء إلى مجمع السحب (FWIM) وحقن الماء (DWI)، التي تقلل من انبعاثات NOx وPM لكنها قد تزيد من انبعاثات HC وCO.

هناك طريقة أخرى سهلة ولكن فعالة لتقليل تلوث محركات الديزل، وهي مستحلب الماء في الديزل (WiDE).

WiDE: إطالة عمر الديزل في عالم يتجه نحو خفض الكربون

يظهر خلط الماء بالديزل، بمساعدة المواد السطحية، تأثيرات إيجابية على تقليل الانبعاثات، وأداء المحرك، وكفاءة الاحتراق. يمكن لهذه التقنية أن تقلل من انبعاثات الجسيمات وNOx بأكثر من 60٪ مع الحفاظ على أداء قوي، أو حتى تحسين كفاءة المحرك أحيانًا.

هذا الخيار الأنظف، الذي يخفض درجة حرارة الاحتراق، ويقلل من مدة الاحتراق عالي الحرارة، ويزيد من زخم الدفعة، ويحسن اقتصاد الوقود، يعمل في محركات الديزل الحالية دون تعديل.

تقنية WiDE: كيف يقلل مستحلب الماء في الديزل من الانبعاثات ويحسن الأداء

عند الخلط بشكل غير متجانس، يميل الديزل إلى الطفو في الأعلى لأنه أخف من الماء. ومع ذلك، فإن وقود المستحلب هو مزيج من سائلين غير قابلين للامتزاج لا يمكنهما الاختلاط بالكامل، حيث يتوزع أحدهما عبر الآخر. لذا، يتم إنشاء المستحلب باستخدام تقنيات عالية الطاقة بمساعدة المواد السطحية.

لكي يعمل محرك الديزل على وقود المستحلب، فإن زمن استقرار WiDE أمر حاسم، حيث إن انخفاض استقرار المستحلب أثناء تشغيل المحرك سيؤثر سلبًا على نظام الاحتراق ويتسبب في فشل المحرك مبكرًا.

تلعب المواد الكيميائية الخاصة المسماة بالمواد السطحية دورًا أساسيًا في الحفاظ على خلط الديزل والماء بشكل متساوٍ. فهي تخلق مستحلبات مستقرة عن طريق تقليل التوتر السطحي بينهما، مما يربطهما معًا بفعالية.

لذلك، في تقنية WiDE، تُخلط قطرات ماء صغيرة جدًا في وقود الديزل، وتُضاف المواد السطحية للحفاظ على خلطها المتساوي، مما يسمح للمستحلب بالبقاء مستقرًا لمدة تصل إلى 60 يومًا. عندما يحترق هذا المزيج داخل المحرك، تتبخر قطرات الماء بسرعة، مما يسبب ظاهرة تُعرف بـ “الانفجار الصغير” التي تكسر الوقود إلى جزيئات أدق.

هذا يحسن خلط الهواء والوقود أثناء الاحتراق، مما يخفض درجات حرارة الاحتراق القصوى ويقلل من تكوين أكاسيد النيتروجين. كما أن الاحتراق الكامل يقلل من السخام وانبعاثات PM.

نظرًا لإمكانات هذه التقنية البسيطة في تقليل تلوث محركات الديزل بشكل كبير، دون الحاجة إلى إعادة تصميم المحرك، قام الباحثون في FUTO بدراسة أعمق للتقنية وإمكاناتها كمسار سريع لاستخدام ديزل أنظف من خلال تحليل الدراسات من جميع أنحاء العالم.

وفقًا للدراسات التي تم مراجعتها في تحليل WiDE، يمكن لتشغيل محركات الديزل باستخدام WiDE أن يقلل بشكل كبير من الانبعاثات الضارة. على وجه الخصوص، انخفضت انبعاثات NOx بنسبة 67٪ وانخفض PM بنسبة 68٪ مقارنةً بالديزل القياسي، مما “يضعه كوقود بديل أنظف لمحركات الديزل”.

بالإضافة إلى المزايا البيئية، أبلغت عدة تجارب أيضًا عن فوائد في الأداء. يشمل ذلك تحسينات في كفاءة الفرامل الحرارية (BTE)، التي تقيس فعالية النظام في تحويل الوقود إلى عمل مفيد. علاوة على ذلك، تُظهر الدراسات المتعلقة بخصائص أداء المحرك الأخرى، مثل قدرة الفرامل، واستهلاك الوقود النوعي (BSFC)، وعزم الدوران، نتائج واعدة مع WiDE.

لذلك، لا تنتج محركات WiDE فقط عوادم أنظف، بل تستخدم الوقود أيضًا بكفاءة أكبر.

قال المؤلف الرئيسي الدكتور تشوكويمكا فورتوناتوس نادوزي: “مستحلبات الماء في الديزل هي طريقة عملية وفعّالة من حيث التكلفة لجعل محركات الديزل أنظف”. وأضاف: “نظرًا لأن التقنية لا تتطلب إعادة تصميم المحرك، فإنها توفر مسارًا فوريًا نحو تقليل الانبعاثات في كل من الدول النامية والمتقدمة”.

في الوقت نفسه، أظهر النظر في أهمية المواد السطحية أن اختيار المادة السطحية المناسبة وتركيزها هو المفتاح لاستقرار المستحلب، مما يؤثر على كل من أداء الوقود وسلامته.

وجد الباحثون أن استخدام عدة مواد سطحية يحقق أفضل النتائج، حيث يحسن استقرار مزيج الوقود وجودة الاحتراق داخل المحرك.

على الرغم من النتائج المشجعة، أشار الباحثون إلى الحاجة إلى مزيد من العمل، مع التركيز على تحسين تركيبات المواد السطحية وتقييم تأثيرات المستحلب على المدى الطويل على مكونات المحرك.

الأهم من ذلك، يمكن لتقنية WiDE أن تقدم طريقة عملية لتقليل التلوث من المحركات العاملة حاليًا والمساهمة في تقنيات نظيفة أخرى بدلاً من استبدال الحلول الأنظف طويلة الأمد. وفقًا للفريق، فإن دمج هذا النهج الوقودي مع الديزل الحيوي وأنظمة التحكم المتقدمة في الانبعاثات يمكن أن يساعد في دعم أهداف أوسع للمناخ وجودة الهواء.

قال المؤلف المشارك الأستاذ إيمكا إيمانويل أوجوزي: “يمكن لهذه التقنية أن تجسر الفجوة بين استخدام الديزل التقليدي ومستقبل طاقة أنظف”. وأضاف: “مع الصياغة والاختبار المناسبين، قد تصبح جزءًا مهمًا من النقل المستدام وأنظمة الطاقة الصناعية”.

بدائل الديزل: الوقود منخفض الانبعاثات وحلول النقل النظيفة

تقنية WiDE هي مجرد واحدة من العديد من الطرق التي يمكن لقطاع النقل من خلالها معالجة قيود الديزل. أدى البحث عن بدائل أنظف إلى مجموعة من الوقود وتقنيات الدفع التي يمكن أن تساعد الصناعة على تحقيق خفض الكربون على المدى الطويل. أحد المسارات الواعدة لتقليل الانبعاثات هو الديزل الحيوي والديزل المتجدد، المستخلصين من الكتلة الحيوية.

يُنتج الديزل الحيوي عن طريق عملية التحويل الإستيري للزيوت النباتية مثل زيت فول الصويا، وزيت دوار الشمس، وزيت اللفت، وزيت النخيل، والدهون الحيوانية من مصانع معالجة اللحوم، والزيت المطبوخ المعاد تدويره من المطاعم. كما تُعد الطحالب مصدرًا واعدًا آخر للكتلة الحيوية.

الديزل المتجدد مشابه للديزل الحيوي لكنه هيدروكربون مكافئ كيميائيًا للديزل البترولي.

الهيدروجين هو حل آخر للحد من انبعاثات الغازات الدفيئة من المركبات عبر محركات الاحتراق الداخلي الهيدروجينية (H2ICE) وخلايا الوقود الهيدروجينية (FCEVs). يمكن لكليهما تشغيل المركبات باستخدام وقود خالٍ من الكربون.

فيما يتعلق بمحركات H2-ICE، تستخدم محركات الاحتراق الداخلي العادية الهيدروجين بدلاً من الديزل أو البنزين.

تولد مركبات FCEV الكهرباء من الهيدروجين باستخدام جهاز يُسمى خلية الوقود، حيث يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لإنتاج الكهرباء التي تشغل المحرك الكهربائي، مشابهًا للمركبة الكهربائية.

بينما تكون محركات الاحتراق الداخلي أكثر كفاءة تحت حمل عالي، مما يجعل H2-ICE الخيار الأنسب للشاحنات الثقيلة، تكون مركبات FCEV أكثر كفاءة عند الأحمال المنخفضة، مما يجعلها مثالية لشاحنات السحب أو شاحنات خلط الخرسانة.

كلا من H2-ICE وFCEVs لديهما ملفات انبعاثات مشابهة، لكن بينما يمكن للأولى إنتاج أكاسيد النيتروجين وكميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون، تنتج الأخيرة بخار الماء فقط.

وبالتالي، تسعى عدة شركات تصنيع سيارات بنشاط إلى خطط FCEV، بما في ذلك مجموعة BMW، وتويوتا، وهونداي موتور. مؤخرًا، كشفت Alpine أيضًا عن سيارتها الفائقة المفاهيمية التي تعمل بالهيدروجين، Alpine Alpenglow، التي تنتج 740 حصانًا عند 7600 دورة في الدقيقة، وتصل إلى حد الأحمر 9000 دورة في الدقيقة، وتبلغ سرعتها القصوى 205 ميل في الساعة.

ولكن كما تم مشاركته مؤخرًا، الهيدروجين يأتي بتكلفته الخاصة وعقبات البنية التحتية التي تحتاج إلى معالجة من خلال دعم السياسات، والاستثمارات، والشراكات بين القطاعين العام والخاص لتشجيع الاعتماد.

ثم هناك الوقود الصناعي، أو الوقود الإلكتروني (e-fuels)، الذي يُنتج باستخدام الكربون الملتقط والهيدروجين الأخضر. يُصنع هذا الوقود البديل من خلال عمليات كيميائية. تم إنتاج معظم الوقود الصناعي عن طريق معالجة مصادر الوقود الأحفوري الحالية، مثل تحويل الغاز الطبيعي إلى زيوت وقود، وتسييل الفحم وتحويله إلى ديزل وبنزين، ومؤخرًا تحويل الخشب أو النفايات الحيوانية إلى زيوت وقود.

ومع ذلك، تستخدم هذه الخيارات الكربون الصلب أو المخزن، مما يعني أنها تُطلق ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. تُزيل الوقود الإلكتروني هذه المشكلة عن طريق إزالة الاعتماد على الوقود الأحفوري، مما يتيح خفض الكربون في القطاعات التي تستهلك طاقة عالية.

يُصنع هذا الوقود عن طريق استخراج ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، وإذا كانت الانبعاثات الصادرة أثناء الاحتراق مساوية لثاني أكسيد الكربون المستخدم في إنتاجه، فإن هذه الطريقة تُعتبر محايدة للكربون.

لتحضير الوقود الإلكتروني، يُستخرج CO2 إما من خلال التقاط الهواء، حيث يستخلص CO2 مباشرةً من الغلاف الجوي باستخدام مذيبات سائلة أو مواد امتصاص صلبة، أو من خلال التقاط CO2 المنبعث من عمليات صناعية أخرى. ثم يُدمج CO2 الملتقط مع الهيدروجين ويُعرض لدرجات حرارة وضغوط عالية تحولها إلى هيدروكربونات.

معًا، تساعد هذه الحلول في معالجة الأثر البيئي للديزل وتمهد الطريق لمستقبل نقل أنظف وأكثر استدامة.

الاستثمار في التكنولوجيا النظيفة

Cummins Inc (CMI ) هي واحدة من الشركات الرائدة عالميًا في تصنيع محركات الديزل والغاز الطبيعي، خاصةً للشاحنات الثقيلة والتطبيقات الصناعية.

تستثمر الشركة بنشاط في تقنيات خفض الكربون، بما في ذلك محركات الهيدروجين، وخلايا الوقود، وأنظمة المعالجة المتقدمة بعد الاحتراق. من خلال استراتيجيتها “Destination Zero”، تعمل Cummins على تحسين كفاءة الديزل والانبعاثات على المدى القصير مع توسيع حلول الانبعاثات الصفرية على المدى الطويل.

تعمل شركة حلول الطاقة العالمية عبر عدة قطاعات رئيسية.

يُصمم قطاع المكونات ويصنع المحاور، والفرامل، وأنظمة الدفع، وأنظمة التعليق، بينما يركز قطاع أنظمة الطاقة على المولدات البديلة ومجموعات المولدات الأساسية. يُصنع قطاع Accelera ويدعم أنظمة الطاقة الكهربائية، بما في ذلك تقنيات البطاريات، وخلايا الوقود، وأنظمة الدفع الكهربائية، بالإضافة إلى تقنيات إنتاج الهيدروجين. ثم هناك قطاع المحركات، الذي يصنع مجموعة من المحركات التي تعمل بالغاز الطبيعي والديزل، بينما يدعم قطاع التوزيع أنظمة توليد الطاقة، والمحركات ذات القدرة العالية، ومحركات الشاحنات الثقيلة والمتوسطة.

ساهم موازنة الابتكار في مجال الديزل مع أهداف الانتقال الطاقي على المدى الطويل في ارتفاع أسهم CMI بنسبة 6.65٪ منذ بداية العام و68.78٪ خلال العام الماضي، حيث تُتداول الآن بسعر 543.42 دولار. ومع ذلك، فإن القيمة السوقية التي تبلغ 75 مليار دولار تجعل Cummins تمتلك ربحًا للسهم (TTM) قدره 20.51 ومضاعف السعر إلى الأرباح (TTM) 26.54. وتدفع عائد توزيعات بنسبة 1.47٪.

فيما يتعلق بالموقع المالي للشركة، سجلت Cummins إيرادات بقيمة 33.7 مليار دولار للعام الكامل 2025. حقق قطاعا التوزيع وأنظمة الطاقة مبيعات وربحية قياسية العام الماضي، مدفوعًا بـ “طلب قوي على طاقة النسخ الاحتياطي لمراكز البيانات”. كان صافي الدخل وفقًا لمبادئ المحاسبة المقبولة عمومًا (GAAP) للفترة 2.8 مليار دولار، وكان ربح السهم المخفف 20.50 دولار.

تم زيادة توزيع النقدي للسنة الـ16 على التوالي، حيث أعادت Cummins أكثر من مليار دولار للمساهمين عبر توزيعات الأرباح.

جاءت هذه “النتائج التشغيلية القوية” “على الرغم من الضعف المستمر في أسواق الشاحنات في أمريكا الشمالية”، حيث صرحت الرئيسة التنفيذية جينيفر رومسي: “عام 2025 كان عامًا تاريخيًا لـ Cummins حيث أحرزنا تقدمًا كبيرًا في تعزيز الأولويات الاستراتيجية الرئيسية مع الاستمرار في رفع الأداء دورةً بعد أخرى.”

للسنة الكاملة 2025، أبلغت Cummins أيضًا عن رسوم قدرها 458 مليون دولار، أو 3.28 دولارًا للسهم المخفف، تتعلق بأعمال محلل الكهرباء داخل Accelera. تم اتخاذ هذا الإجراء كجزء من مراجعة استراتيجية بدأت استجابةً لتغيّر توقعات تبني الهيدروجين، لتبسيط العمليات، ولتقليل التكاليف المستمرة في ظل توقعات الطلب الضعيفة.

في الوقت نفسه، سجلت Cummins في الربع الرابع من عام 2025 إيرادات بقيمة 8.5 مليار دولار، وصافي دخل وفقًا لمبادئ GAAP قدره 593 مليون دولار، وربح مخفف للسهم قدره 4.27 دولار.

حسب القطاعات، ارتفعت مبيعات Accelera أكثرها، بنسبة 31٪ لتصل إلى 131 مليون دولار، بسبب توقيت تركيب محللات الكهرباء، تلتها أنظمة الطاقة التي ارتفعت بنسبة 11٪ لتصل إلى 1.9 مليار دولار، مدفوعة بزيادة الطلب على توليد الطاقة، خصوصًا في أسواق مراكز البيانات في أمريكا الشمالية، الصين، ومنطقة آسيا والمحيط الهادئ.

ساهم الطلب على منتجات توليد الطاقة، خاصةً لتطبيقات مراكز البيانات، أيضًا في زيادة مبيعات قطاع التوزيع بنسبة 7٪ لتصل إلى 3.3 مليار دولار. وعلى النقيض من ذلك، انخفضت مبيعات قطاع المكونات بنسبة 7٪ لتصل إلى 2.4 مليار دولار بسبب انخفاض الطلب على الشاحنات المتوسطة والثقيلة في الولايات المتحدة، لكن أُبلغ عن طلب أقوى في أوروبا والصين. وفي الوقت نفسه، أدى انخفاض الطلب على الشاحنات المتوسطة والثقيلة في الولايات المتحدة والمكسيك إلى انخفاض مبيعات قطاع المحركات بنسبة 4٪.

الآن، بالنسبة للعام الحالي، تتوقع الشركة زيادة الإيرادات بين 3٪ و8٪، مع خطط للاستمرار في توليد تدفق نقدي تشغيلي قوي وإعادة 50٪ من التدفق النقدي التشغيلي إلى المساهمين على المدى الطويل.

“في عام 2026، نتوقع أن يكون الطلب أفضل قليلاً في أسواق الشاحنات على الطرق السريعة في أمريكا الشمالية، خصوصًا في النصف الثاني من العام، إلى جانب استمرار القوة في أسواق توليد الطاقة لمراكز البيانات. تظل Cummins في موقع جيد للاستثمار في النمو المستقبلي، وتقديم نتائج مالية قوية، وإعادة النقد إلى المساهمين في عام 2026.”

– رومسي

أحدث أخبار وتطورات سهم Cummins Inc. (CMI)

الخلاصة

على الرغم من كونها جزءًا أساسيًا في العديد من الصناعات بفضل متانتها وكفاءتها العالية وعزمها الكبير، تُعد محركات الديزل أيضًا مصدرًا رئيسيًا للانبعاثات الضارة، بما في ذلك NOx وPM وCO وHC وSO2، التي تشكل مخاطر صحية خطيرة وتتناقض مع أهداف المناخ وجودة الهواء العالمية.

تقنية مستحلب الماء في الديزل (WiDE) تقدم حلاً مقنعًا هنا. من خلال تقليل الانبعاثات الضارة بشكل كبير دون الحاجة إلى إعادة تصميم المحرك، توفر مسارًا عمليًا وفعّالًا من حيث التكلفة للاحتراق الأنظف.

على الرغم من أنها ليست بديلاً دائمًا لتقنيات الانبعاثات الصفرية، يمكن لتقنية WiDE أن تلعب دورًا انتقاليًا حاسمًا. عندما تُدمج مع ابتكارات أخرى مثل خلائط الديزل الحيوي والوقود النظيف الناشئ، تساعد على جسر الفجوة بين الاعتماد على الديزل التقليدي ومستقبل طاقة مستدام.

المراجع

^{1. Nnadozie, C. F., Onuoha, C. P., Oguzie, E. E., & Emereibeole, E. I. (2025). التقدم في استراتيجيات تقليل انبعاثات الديزل: التركيز على تقنية مستحلب الماء في الديزل. Carbon Research, 4, 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}