Material Flow Analysis of Titanium Metal in European Aviation: Circular Economy Strategies for reduced import dependence

تُعد الطائرات الحديثة معجزات هندسية، فقد صُممت لتكون خفيفة الوزن قدر الإمكان مع الحفاظ على القوة الكافية لتحمل قوى الطيران الهائلة. ولتحقيق هذا التوازن، تعتمد الشركات المصنعة بشكل كبير على معدن محدد: التيتانيوم. ويحظى هذا المعدن بتقدير كبير لقوته المذهلة مقارنة بوزنه وقدرته على مقاومة التآكل، مما يجعله ضرورياً للمحركات، ومعدات الهبوط، وهياكل الطائرات النفاثة للركاب. ومع ذلك، تواجه أوروبا، وهي مركز رئيسي لتصنيع الطائات، نقطة ضعف كبيرة؛ إذ لا تمتلك القارة مناجم لاستخراج خام التيتانيوم ولا مرافق لتكريره إلى المعدن النقي اللازم للطيران. وبناءً على ذلك، تعتمد أوروبا كلياً على الواردات من عدد قليل من الدول الأخرى لإبقاء طائراتها في التحليق. وهذا الاعتماد يخلق ضعفاً استراتيجياً؛ فإذا تعطلت طرق التجارة العالمية أو تصاعدت التوترات السياسية، فقد يتلاشى إمداد هذه المادة الحيوية، مما يؤدي إلى توقف الأساطيل وتعثر الابتكار.

في السنوات الأخيرة، اتجه صانعو السياسات وقادة الصناعة نحو الاقتصاد الدائري كحل محتمل. والفكرة بسيطة لكنها قوية: بدلاً من البحث المستمر عن مواد خام جديدة، يجب أن نبقي المواد التي نمتلكها بالفعل قيد الاستخدام لأطول فترة ممكنة. ويتضمن ذلك تصميم منتجات تستخدم مواد أقل، وإبقاء المنتجات في الخدمة لفترة أطول، وإعادة تدوير الأجزاء القديمة إلى أجزاء جديدة. وبالنسبة للتيتانيوم، يعد هذا النهج بتقديم وعود بتقليل الحاجة إلى الواردات وتأمين المستقبل الصناعي لأوروبا. ومع ذلك، وبينما يُناقش المفهوم على نطاق واسع، كان هناك نقص في الأرقام الفعلية التي توضح مدى مساهمة هذه الاستراتيجيات في الواقع. فبدون صورة واضحة لتدفقات المعادن عبر النظام بأكمله، يصعب معرفة أي الإجراءات ستحقق أكبر النتائج أو ما إذا كانت قادرة حقاً على سد الفجوة في الإمدادات.

ولسد هذه الفجوة، قام فريق من الباحثين من المركز الألماني للطيران والفضاء وجامعات في هولندا بإجراء تحليل مفصل للتيتانيوم المستخدم في الطيران المدني الأوروبي. حيث بنوا نموذجاً شاملاً يتتبع رحلة المعدن منذ لحظة دخوله إلى سلسلة التوريد الأوروبية وحتى تقاعد الطائرة التي ساعد في بنائها في نهاية المطاف. تركز الدراسة على عام 2019 كخط أساس، وهو عام يمثل سنة طبيعية قبل الاضطرابات العالمية الناجمة عن الجائحة، ثم تتوقع كيفية تطور النظام حتى عام 2040. ومن خلال الجمع بين لقطة ثابتة لسلسلة التوريد الحالية ونموذج ديناميكي لمخزونات الطائرات المستقبلية، تمكن الباحثون من محاكاة كيفية تأثير الاستراتيجيات المختلفة على كمية التيتانيوم التي تحتاجها أوروبا للاستيراد. وقد اختبروا ثلاثة نهج محددة: تصميم طائرات مستقبلية تستخدم كميات أقل من التيتانيوم، وتمديد العمر الافتراضي للطائرات الحالية من خلال تحسين الصيانة، وتحسين إعادة تدوير كل من مخلفات التصنيع والطائرات المتقاعدة.

وجد الباحثون أن الطلب على التيتانيوم في أوروبا مرشح للنمو بشكل كبير. فمع توسع أسطول الطائرات الركاب ودخول نماذج أحدث وأكثر تقدماً الخدمة، من المتوقع أن تزداد كمية التيتانيم المحتجزة داخل هذه الآلات بنسبة 70 بالمئة بحلول عام 2040. وفي سيناريو لا يتغير فيه شيء وتستمر أوروبا في اعتماد أساليبها الحالية، فإن هذا النمو سيتطلب استيراد ما يقرب من 700 كيلوطن من التيتانيوم خلال العقدين القادمين. ومع ذلك، توضح الدراسة أن مزيجاً من الاستراتيجيات الدائرية يمكن أن يقلل من متطلبات الاستيراد هذه بنسبة 25 بالمئة تقريباً، مما يوفر حوالي 175 كيلوطناً من المواد الأجنبية. وهذا الانخفاض كبير، لكنه ليس حلاً كاملاً؛ فحتى مع بذل قصارى الجهد، ستظل ثلاثة أرباع التيتانيوم اللازم بحاجة إلى الاستيراد.

وعندما حلل الباحثون النتائج، ظهر نمط مفاجئ فيما يتعلق بمكان وجود أكبر المكاسب الفعالة. فلم تأتِ أكبر المكاسب من إعادة تدوير الطائرات القديمة في نهاية حياتها، وهو افتراض شائع في النقاشات حول الاقتصاد الدائري. بدلاً من ذلك، كان المحرك الأكثر قوة هو إبقاء مخلفات التصنيع داخل أوروبا. فعندما يتم تشكيل التيتانيوم إلى أجزاء طائرات، يتم إنتاج كمية كبيرة من المواد المتبقية. وفي الوقت الحالي، يتم تصدير الكثير من هذه المخلفات عالية الجودة إلى الولايات المتحدة بموجب اتفاقيات طويلة الأجل، حيث تُصهر وتُباع مرة أخرى إلى أوروبا كمعدن أولي. وتشير الدراسة إلى أنه إذا احتفظت أوروبا فقط بجزء من هذه المخلفات غير المرتبطة بتلك العقود، فقد تقلل وارداتها فوراً بنسبة 15 بالمئة. وهذا إصلاح من جانب العرض يعمل بشكل فوري لأن المادة موجودة بالفعل، وهي تنتظر إعادة الاستخدام.

وتضمن الاستراتيجية الثانية الأكثر فعالية تغيير كيفية تصميم الطائرات. فمن خلال تقليل كمية التيتانيوم المستخدمة في بناء الطائرات عريضة البدن من الجيل القادم، يمكن لأوروبا خفض طلبها بنسبة 8 بالمئة أخرى. ومع ذلك، يستغرق هذا النهج وقتاً لإظهار النتائج لأنه لا يؤثر إلا على الطائرات الجديدة التي تدخل الخدمة، والتي لن تهيمن على إجمالي المخزون حتى ثلاثينيات القرن الحالي. أما تمديد عمر الطائرات الموجودة من خلال تحسين عمليات الصيانة والإصلاح، فقد قدم انخفاضاً أصغر، وإن كان قيماً، بنسبة تقارب 2 بالمئة في المدى القصير. وأشار الباحثون إلى أنه بينما يعد إبقاء الطائرات في التحليق أمراً مفيداً للبيئة والسلامة، فإن تأثيره على تقليل الواردات يتأخر لأن هذا الإجراء ببساطة يدفع الحاجة إلى معدن جديد إلى المستقبل بدلاً من القضاء عليها.

ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو أن هذه الاستراتيجيات لا تضاف ببساطة إلى بعضها البعض. فعندما جمع الباحثون جميع التدخلات، كان إجمالي الانخفاض أقل قليلاً من مجموع آثارها الفردية. ويحدث هذا لأن الاستراتيجيات تتداخل مع بعضها البعض بطرق دقيقة. فعلى سبيل المثال، إذا لم يتم تقاعد عدد أقل من الطائرات لأنها بقيت في الخدمة لفترة أطول، فسيكون هناك كمية أقل من المعدن القديم المتاح لإعادة التدوير. وبالمثل، إذا صُممت طائرات جديدة لتستخدم كميات أقل من التيتانيوم، فسيتم توليد كمية أقل من مخلفات التصنيع لإعادة استخدامها. فالنظام مترابط، وتحسين جزء واحد يمكن أن يقلل دون قصد من إمكانات جزء آخر. وهذا التعقيد يعني أن صانعي السياسات لا يمكنهم ببساطة اختيار أفضل استراتيجية واحدة وتوقع تحسن خطي؛ بل يجب عليهم إدارة النظام بأكمله مع فهم هذه المقايضات.

كما سلطت الدراسة الضوء على حدود ما يمكن أن تحققه الاستراتيجيات الدائرية. فحتى مع إعادة التدوير المكثفة وتغييرات التصميم، أظهر النموذج أن جزءاً كبيراً من فجوة الاستيراد لا يزال قائماً. ويشير هذا الاعتماد المتبقي إلى مشكلة أعمق: تفتقر أوروبا إلى القدرة المحلية على معالجة خام التيتانيوم وتحويله إلى المعدن النقي اللازم للطيران. فلا يوجد قدر من إعادة التدوير أو كفاءة التصميم يمكن أن يحل محل الحاجة إلى المعالجة الأولية إذا لم تكن البنية التحتية موجودة. وخلص الباحثون إلى أنه بينما تعد استراتيجيات الاقتصاد الدائري ضرورية لتقليص اعتماد أوروبا، إلا أنها لا تستطيع إغلاق الباب تماماً. إن الاستقلال الاستراتيجي الحقيقي سيتطلب على الأرجال نهجاً مزدوجاً: تعظيم كفاءة المواد الموجودة مع بناء قدرات المعالجة المحلية وتنويع الشراكات التجارية في آن واحد.

في نهاية المطاف، توفر هذه الدراسة خريطة كمية واضحة لتوجيه مستقبل مواد الطيران. فهي تنقل النقاش من المثليات العامة حول الاستدامة إلى إجراءات محددة وقابلة للقياس. وتشير النتائج إلى أن الخطوات الأكثر إلحاحاً وفعالية لأوروبا هي التوقف عن تصدير مخلفات التصنيع عالية الجودة وتصميم الجيل القادم من الطائرات بكفاءة أكبر في استخدام المواد. وبينما ستلعب إعادة تدوير الطائرات المتقاعدة دوراً، إلا أنها ستكون مساهماً أبطأ وأصغر مما يُفترض غالباً. إن الطريق نحو صناعة طيران أكثر أماناً لا يكمن في إيجاد حل سحري واحد، بل في موازنة تدفق المعدن بعناية عبر كل مرحلة من مراحل حياته، من أرض المصنع إلى الحظيرة، لضمان استخدام كل جرام من هذا المورد الحيوي إلى أقصى إمكاناته.