Xe điện hydro FCEV sẽ là tương lai của ngành công nghiệp ô tô?

Bất chấp những tiến bộ trong công nghệ xe điện, một phương pháp thay thế dường như là tương lai của giao thông vận tải: xe điện chạy bằng hydro.

Không còn nghi ngờ gì nữa, các nhà sản xuất ô tô đang chuyển từ việc sử dụng động cơ đốt trong (ICE) để tìm kiếm một giải pháp thay thế bền vững hơn cho tương lai. Trong thập kỷ qua, ngành công nghiệp ô tô đã chứng kiến sự gia tăng mạnh mẽ của các phương tiện chạy bằng pin (BEV) trên đường. Một phương pháp bền vững thay thế khác, phương tiện chạy bằng hydro đã cho thấy thậm chí còn mang nhiều lợi thế hơn so với phương tiện chạy bằng pin (BEV). Các tập đoàn trên Thế giới đã có những bước nhảy vọt trong công nghệ pin nhiên liệu khi các chính phủ tiếp tục thúc đẩy và khuyến khích các phương tiện không phát thải. Mặc dù BEV đã thể hiện lời hứa giảm thiểu lượng khí thải carbon, nhưng một số vấn đề vẫn gây ra sự nghi ngờ nghiêm trọng về việc liệu chúng có thực sự là giải pháp lâu dài và thực sự sạch hay không. Pin nhiên liệu hydro có khả năng thay đổi hoàn toàn tương lai cho mọi phương thức vận tải, không chỉ ô tô.

Xe điện hydro chính xác là gì

Mặc dù công nghệ pin nhiên liệu hydro đã xuất hiện từ đầu thế kỷ 19, nhưng phải đến năm 1966, khi GMC tiết lộ Electrovan, công nghệ này mới lần đầu tiên được nhìn thấy trên ô tô hiện đại. Mặc dù công nghệ pin nhiên liệu hydro đã trải qua một chặng đường dài kể từ những năm 1960, nhưng các thông số chính vẫn không thay đổi. Nó kết hợp các khái niệm từ cả ô tô chạy bằng xăng và chạy bằng pin. Nó bắt đầu bằng cách sử dụng khí nén tương tự như các mẫu ICE, nhưng thay vì xăng, nó sử dụng hydro. Thay vì đốt nhiên liệu để lấy năng lượng, pin nhiên liệu chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện, do đó, pin trên xe có thể cung cấp năng lượng cho xe. Pin tương tự như pin trong BEV có cực dương và cực âm. Khi hydro nén được đưa vào ngăn chứa nhiên liệu, nó sẽ phân tách các phân tử hydro thành các điện tích dương và âm ở anode. Một dòng điện được tạo ra từ đây và tạo ra điện tích cần thiết để cung cấp năng lượng cho ô tô. Sau khi thực hiện xong, các phân tử liên kết lại và tạo thành nước, sản phẩm phụ duy nhất được thải ra khiến toàn bộ quá trình thực sự không phát thải. Vì vậy, nếu điều này thực sự giải quyết được tất cả những lo ngại xung quanh lượng khí thải carbon và biến đổi khí hậu, tại sao điều này không được thực hiện trên các phương tiện sản xuất hàng loạt?

Đầu tiên, hydro là một chất rất phức tạp. Mặc dù nó có thể được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi trên hành tinh, nhưng nó hiếm khi được tìm thấy ở dạng nguyên chất và cần một lượng lớn năng lượng để cô lập nguyên tố này. Điện phân nước là phương pháp phổ biến được sử dụng để tạo ra hydro, nhưng nó cũng khá tốn kém do các kim loại trái đất đắt tiền như bạch kim, rutheni và iridi được sử dụng để phân tách các phân tử.

Tuy nhiên, các nhà khoa học từ Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) ở Hàn Quốc gần đây đã đạt được một tiến bộ trong sản xuất hydro xanh. Nhóm nghiên cứu đã thay thế các kim loại đắt tiền thông thường bằng niken có giá cả phải chăng. Theo nghiên cứu, chất xúc tác mới cho thấy hiệu suất điện phân tăng khoảng 200% so với phương pháp thông thường và hoạt động trong 1.000 giờ liên tục mà không bị hư hại. Vẫn còn nhiều cơ hội để phát triển hơn nữa, nhưng công nghệ đột phá trong sản xuất hydro xanh này có khả năng giảm chi phí đáng kể và khiến nó được ứng dụng rộng rãi hơn trên quy mô lớn. Hơn nữa, khám phá này hoàn toàn có thể bỏ qua nhu cầu vận chuyển hydro.

Tạo ra hydro là một trở ngại mà các nhà sản xuất ô tô liên tục phải đối mặt, nhưng việc vận chuyển loại khí phản ứng này thậm chí còn phức tạp và tốn kém hơn. Với công nghệ mới này, các trạm tiếp nhiên liệu sẽ có khả năng tạo ra khí hydro xanh tại chỗ của riêng chúng. Được cung cấp năng lượng mặt trời, các trạm sẽ chỉ cần nước và chất xúc tác niken-sắt rẻ tiền để sản xuất nhiên liệu cần thiết cho các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro này.

Dẫn đầu Sự chuyển đổi Hydro

Nhiều quốc gia và tập đoàn đã bắt đầu tập trung nỗ lực vào cuộc cách mạng hydro-điện. George Bush đã đề xuất Sáng kiến Nhiên liệu Hydro vào năm 2003 để giúp tài trợ cho nhiều nghiên cứu hơn về công nghệ pin nhiên liệu. Hiện là nơi sản xuất hydro lớn thứ hai, tổng thống Hoa Kỳ, Joe Biden, đã thông qua dự luật cơ sở hạ tầng cam kết tài trợ 8 tỷ đô la để sản xuất và lưu trữ hydro xanh cùng với tài trợ cho nghiên cứu bổ sung. Vương quốc Anh đã đưa ra Chiến lược hydro đầu tiên vào năm 2021 nhằm mục đích đưa quốc gia này trở thành quốc gia có năng lượng hydro hàng đầu thế giới vào năm 2030. Nhật Bản là một quốc gia khác chắc chắn là một trong những quốc gia đi đầu trong các sáng kiến về Hydro nhằm mục đích có một mạng lưới 900 trạm vào năm 2030 có thể hỗ trợ khoảng 800.000 phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu. Về các nhà sản xuất ô tô, Nhật Bản cũng sở hữu hai trong số những chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hàng đầu trên thị trường: Honda và Toyota.

Toyota đã công bố Mirai chạy bằng pin nhiên liệu hydro vào năm 2014 và là một trong những FCEV được sản xuất hàng loạt hàng đầu trong ngành. Honda cũng đã nhanh chóng tung ra FCEV sớm hai năm sau khi Toyota trở lại vào năm 2016. Công ty Pháp, Renault, thậm chí đã vượt qua ranh giới để phát triển hơn nữa một chiếc xe ý tưởng chạy bằng hydro F1 cho Đội đua Công thức 1 Alpine của mình. Pin nhiên liệu hydro dày đặc hơn đáng kể về mặt năng lượng so với pin điện tiêu chuẩn. Điều này cũng có nghĩa là trọng lượng của FCEV ít hơn đáng kể so với BEV hiện tại, điều này có ý nghĩa tất cả đối với các đội Công thức 1.

Pin EV khổng lồ đã là một trở ngại lớn, đặc biệt là đối với các phương tiện giao thông công cộng và thương mại. Nhà sản xuất Pháp cũng đã ra mắt chiếc Renault Master Van H2-Tech tại Paris Motor Show năm ngoái. Với thời gian tiếp nhiên liệu chỉ trong ba phút, điều này mang đến một tương lai đầy hứa hẹn cho sự bền vững. Công ty Nikola Motor gần đây đã đạt được những bước tiến trong không gian hydro cũng như hợp tác với Bosch để phát triển đội xe tải 40 tấn đầu tiên trên thế giới có hệ thống truyền động pin nhiên liệu. Mục tiêu của công ty khởi nghiệp là sản xuất 35.000 xe tải mỗi năm với việc sản xuất bắt đầu từ năm ngoái. Xe điện 18 bánh rất khó tạo ra với các loại pin hiện tại do trọng lượng của chúng, nhưng pin nhiên liệu hydro cung cấp một giải pháp thay thế nhẹ có thể cung cấp nhiều năng lượng và phạm vi hoạt động hơn.

Phương tiện hydro trên đường ngày nay

Khi công nghệ tiếp tục phát triển và các phương tiện chạy bằng khí hydro tiếp tục trở nên rẻ hơn để sản xuất, nhiều nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu tung ra những phương tiện này cho công chúng. Dưới đây là một số FCEV cũ, hiện tại và sắp ra mắt trên thị trường:

Các nhà sản xuất khác như BMW, Mercedes và Lexus cũng đang lên kế hoạch phát hành một loại xe chạy bằng pin nhiên liệu trong những năm tới. Tác động tích cực mà các phương tiện hydro-điện này sẽ có đối với môi trường là rất lớn. Công nghệ đã phát triển nhanh chóng trong thập kỷ qua và có vẻ như hydro có thể thay thế hoàn toàn các phương tiện chạy bằng xăng trong những thập kỷ tới. Miễn là chi phí sản xuất thấp hơn và khả năng vận hành có thể sánh ngang với các mẫu BEV và ICE, pin nhiên liệu hydro có thể mang đến một tương lai thú vị cho ngành công nghiệp ô tô. Hyperion XP-1 là một ví dụ điển hình về những gì pin nhiên liệu hydro có thể mang lại về sức mạnh và tốc độ. Pin nhiên liệu hydro sẽ tiếp tục phát triển trong nhiều năm và có vẻ sẽ trở thành tương lai của giao thông vận tải, từ ô tô sản xuất hàng loạt và siêu xe sang trọng cho đến phương tiện vận tải.