Khe cửa nào cho pin nhiên liệu hydro trên thị trường ô tô toàn cầu?

Bức tranh trái ngược

Hai công nghệ này tương tự nhau về phương pháp truyền động. Cả hai đều sử dụng động cơ điện để dẫn động bánh xe và đều không thải ra CO2 khi sử dụng. Nguồn năng lượng là yếu tố phân biệt chính. BEV dựa vào khả năng lưu trữ năng lượng, trong khi xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV) tạo ra năng lượng khi di chuyển.

Pin nhiên liệu sử dụng quy trình điện phân ngược để tạo ra điện. Đơn vị này chứa một chồng các ô riêng lẻ được tạo thành từ màng điện phân, điện cực dương (catot) và điện cực âm (anot).

Hydro được đưa vào anot, trong khi oxy được đưa vào catot. Phản ứng phá vỡ các phân tử hydro thành proton và electron. Proton đi qua màng, trong khi electron đi vào mạch ngoài, cung cấp năng lượng cho động cơ điện.

Nhưng trong khi công nghệ này đã có sẵn, hầu hết các nhà sản xuất ô tô đều chọn không triển khai nó trên thị trường xe du lịch. Nhưng tại sao lại như vậy?

Trong khi BEV liên tục phát triển trong những năm gần đây, công nghệ hydro vẫn chưa được đầu tư vào ô tô ở mức độ tương tự. Quá trình tạo ra nhiên liệu cần được tinh chỉnh, trong khi bình chứa, pin nhiên liệu và cách triển khai hệ thống một cách an toàn đều là những yếu tố cần thiết.

Đối với BEV, “nhiên liệu” đã có sẵn, trong khi nền tảng cho cả công nghệ pin và phát triển động cơ đã hoàn tất. Điều này có nghĩa là BEV đang dẫn đầu trong cuộc đua vào thị trường đại chúng.

Việc ban hành các quy định về khí thải và sự sụp đổ của động cơ diesel cũng khiến các nhà sản xuất ô tô phải nhanh chóng tìm ra con đường để giảm CO2. Với công nghệ pin đã phát triển tốt, đây là con đường nhanh nhất để đạt được các loại xe không phát thải.

Tesla Roadster BEV và Honda Clarity FCEV đều được ra mắt vào năm 2008. Tesla đã truyền cảm hứng cho ngành công nghiệp ô tô và làm nổi bật tiềm năng của các loại xe chạy hoàn toàn bằng điện. Trong khi đó, Clarity đã bị ngừng sản xuất vào năm 2021 do nhu cầu không cao. Thay vào đó, Honda quyết định tập trung vào các mẫu xe BEV để đạt được mục tiêu về xe không phát thải của mình.

Thông điệp trái chiều

Khi nói đến mối quan tâm của các nhà sản xuất ô tô đối với hydro, có nhiều ý kiến ​​trái chiều về tầm quan trọng của hệ thống truyền động.

Kai Grünitz, giám đốc công nghệ tại Volkswagen (VW), bình luận: “Tôi không thấy hệ thống truyền động với hydro cho xe ô tô chở khách sẽ diễn ra đối với VW và dù sao thì đây cũng không phải là lựa chọn khả thi cho phương tiện di chuyển cá nhân. Tất nhiên, hydro rất quan trọng đối với ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất nhựa và sản xuất thép. Ngoài ra, chỉ có một lượng hạn chế hydro có sẵn. Chúng tôi tại VW có thể sống hoàn toàn tốt với pin điện. Hệ thống truyền động với hydro không phải là vấn đề đối với chúng tôi trong tương lai gần”.

Tuy nhiên, đối thủ Đức BMW đang thử nghiệm công nghệ pin nhiên liệu với một đội xe iX5, hiện đang trong quá trình thử nghiệm khắc nghiệt.

“Chuyến du ngoạn vòng quanh thế giới của đội xe thí điểm của chúng tôi đã nâng cao nhận thức về vai trò của hydro trong quá trình chuyển đổi năng lượng, không chỉ đối với phương tiện di chuyển mà còn đối với toàn ngành. Các phương tiện của chúng tôi hoạt động tốt trong nhiều điều kiện khí hậu và giao thông khác nhau và phản ứng của công chúng là vô cùng tích cực”, Oliver Zipse, chủ tịch hội đồng quản trị của BMW phát biểu tại hội nghị thường niên của tập đoàn vào tháng 3. “Điều này không có gì ngạc nhiên đối với chúng tôi vì hệ thống truyền động pin nhiên liệu hydro kết hợp những ưu điểm tốt nhất của cả hai thế giới: lợi thế của hệ thống truyền động điện không phát thải với khả năng tiếp nhiên liệu nhanh mà mọi người vẫn quen dùng. Đó là lý do tại sao chúng tôi coi hydro là công nghệ truyền động thay thế bổ sung có thể có nhiều ý nghĩa trong trung và dài hạn”.

Tăng tốc 

Toyota là một trong những nhà vô địch về ô tô hydro. Công ty có kế hoạch phát triển một hoạt động kinh doanh tại địa phương, Hydrogen Factory Europe, để đảm bảo cách tiếp cận phối hợp đối với việc thương mại hóa công nghệ hydro. Hoạt động kinh doanh sẽ giám sát mọi thứ từ phát triển, sản xuất, bán hàng và hậu mãi.

Nhà sản xuất ô tô Nhật Bản cũng đã xác nhận hoạt động này sẽ sản xuất ngày càng nhiều hệ thống pin nhiên liệu đồng thời hỗ trợ nhiều quan hệ đối tác thương mại hơn. Điều này sẽ phù hợp với chiến lược của công ty nhằm đạt được mức trung hòa carbon tại Châu Âu vào năm 2040, sớm hơn 10 năm so với mục tiêu toàn cầu của Toyota.

Hỗ trợ cho mục tiêu này sẽ là dự án Fuel Cell Hilux. Tổng cộng 10 nguyên mẫu đã được chế tạo tại cơ sở Burnaston của hãng xe tại Anh.

Năm xe đang trải qua quá trình thử nghiệm thực tế nghiêm ngặt để đánh giá tính an toàn, hiệu suất, chức năng và độ bền. Quá trình này sẽ tạo ra dữ liệu lái thử trong các tình huống thực tế. Năm xe khác đang tham gia giới thiệu với khách hàng và phương tiện truyền thông. Bao gồm Thế vận hội Olympic và Paralympic sắp tới tại Paris.

Toyota kỳ vọng Châu Âu sẽ trở thành một trong những thị trường nhiên liệu hydro lớn nhất thế giới vào năm 2030, với sự tăng trưởng ổn định về khả năng di chuyển và các ứng dụng phát điện. Dự án nguyên mẫu Hilux chạy bằng pin nhiên liệu là bước đệm quan trọng để phát triển hơn nữa công nghệ hydro và thúc đẩy triển khai rộng rãi hơn các hệ sinh thái và cơ sở hạ tầng hydro trên khắp Châu Âu.

Kết hợp

Thị trường BEV đã phát triển đến mức hydro khó có thể thay thế nó trở thành hình thức chính của ô tô không phát thải. Tuy nhiên, hai loại nhiên liệu này có thể kết hợp với nhau, giống như xăng và dầu diesel, mỗi loại đều có những lợi thế riêng.

“Một công nghệ không phù hợp với tất cả”, một phát ngôn viên của Ineos Automotive. Công ty này mới tham gia thị trường và đã phát triển phiên bản FCEV của Grenadier, một chiếc xe địa hình 4x4 chắc chắn. “Chúng tôi tin rằng hydro sẽ là lựa chọn phù hợp cho một loại xe như thế này và lựa chọn chạy hoàn toàn bằng điện sẽ không khả thi vì nó sẽ yêu cầu khoảng 800kg pin, loại bỏ hầu hết khả năng tải trọng của Grenadier. BEV hoàn hảo cho hầu hết các chuyến đi trong thành phố và xe cá nhân, còn FCEV rất phù hợp cho những chuyến đi dài và nặng nhọc, trong đó pin nặng ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng và cần quãng đường dài giữa các điểm dừng.

Hydro nhẹ hơn nhiều so với pin điện trên mỗi đơn vị năng lượng, vì vậy để BEV có thể đi được cùng một quãng đường trong một lần như FCEV, nó sẽ cần một bộ pin lớn và nặng không thực tế. Ở đây, một chiếc FCEV có thể chạy gần như không ngừng nghỉ, không mất nhiều thời gian để tiếp nhiên liệu hơn một chiếc xe ICE thông thường”.

Tuy nhiên, để có thể tiếp nhiên liệu, cần phải thiết lập cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro. Hydro là nhiên liệu chính của tương lai, nhưng do thiếu cơ sở hạ tầng nên đây là lựa chọn lâu dài hơn.

Các trạm hydro là cách cung cấp năng lượng hiệu quả hơn so với sạc EV công cộng. Có nhu cầu lớn về các công nghệ như bộ mở rộng phạm vi hoạt động và xe hybrid ở hầu hết các thị trường để hỗ trợ quá trình chuyển đổi từ các mẫu xe cũ, gây ô nhiễm nhiều hơn, cho đến khi cơ sở hạ tầng cho phép sạc lại và lưới điện quốc gia đạt mức phát thải ròng bằng 0.

Sức ảnh hưởng thương mại

Một thị trường mà hydro sẽ phù hợp hơn trong tương lai gần là thị trường xe thương mại. Hệ thống truyền động có lợi cho các đội xe, vốn phụ thuộc vào xe tải và xe chở hàng nặng để liên tục di chuyển trên đường, với sự chậm trễ tối thiểu. Pin nhiên liệu hydro cũng cung cấp phạm vi hoạt động thường tương đương với động cơ xăng và động cơ diesel truyền thống.

‘Khi nói đến việc phát triển chương trình pin nhiên liệu hydro của chúng tôi, chúng tôi tập trung rất nhiều vào phân khúc xe thương mại hạng trung và hạng nặng”, Brad Miller, giám đốc sản phẩm và giá cả, LCV, tại Stellantis, cho biết.

“Trong phân khúc này, điều quan trọng là phải cung cấp cho khách hàng sự lựa chọn về các tùy chọn hệ thống truyền động của họ. Có một số lý do khiến khách hàng của chúng tôi đánh giá hydro, một số đã nói với chúng tôi rằng công nghệ này phù hợp với họ”.

Một trong những lý do này có thể là khả năng của hydro cung cấp thời gian tiếp nhiên liệu nhanh hơn so với BEV. Điều này sẽ thiết thực hơn cho việc giao hàng và lái xe đường dài so với hệ thống truyền động hoàn toàn bằng điện.

‘Một trong những đối thủ cạnh tranh của chúng tôi đang thử nghiệm một chiếc xe tải sàn phẳng có dịch vụ cứu hộ khi hỏng hóc. Nhưng kích thước xe đó có thể cung cấp ba giờ lái xe, với thời gian sạc lại là hai giờ. Điều này không hiệu quả đối với các đội xe lớn, những đội xe phải cho phép tài xế BEV thời gian chết để sạc. Để công bằng, họ có thể sẽ phải cho phép tất cả tài xế có cùng khoảng thời gian, bất kể xe của họ là gì, điều này sẽ ảnh hưởng đến năng suất,' Miller bình luận.

Sản xuất bền vững

Một trong những vấn đề lớn nhất khi nói đến hydro trên thị trường ô tô là cơ sở hạ tầng. Vấn đề này liên quan đến việc sản xuất nhiên liệu và cho phép xe tiếp nhiên liệu.

Mặc dù hydro là nguyên tố phổ biến nhất trên Trái đất, nhưng nó thường được tìm thấy gắn liền với các nguyên tố khác và cần phải tách ra để sử dụng làm nhiên liệu. Một phương pháp là thông qua điện phân, sử dụng dòng điện để phân tách nước thành oxy và hydro.

Tuy nhiên, quá trình này có thể thải ra rất nhiều carbon tùy thuộc vào loại điện được sử dụng. Mặc dù có các lựa chọn bền vững, nhưng chúng cần được phát triển thêm. Hiện tại, hydro được mã hóa màu theo tính bền vững.

CO2 được thải ra trong quá trình sản xuất cả hydro xám và xanh lam. Tuy nhiên, công nghệ thu giữ carbon được sử dụng để tạo ra hydro xanh lam n. Hydro xanh chỉ sử dụng năng lượng từ các nguồn bền vững. Phương pháp này là bắt buộc đối với FCEV để trở thành một lựa chọn thân thiện hơn với môi trường.

Tuy nhiên, nó đặt ra những yêu cầu lớn đối với mạng lưới năng lượng tái tạo vẫn đang phát triển. Do đó, hydro xanh chỉ có sẵn với số lượng nhỏ hơn và do đó đắt hơn các phương pháp khác.

Kỳ vọng phát triển

Miller tin rằng lập luận không bền vững chống lại hydro xanh là không có cơ sở. Ông bình luận rằng: “Năm ngoái, điện xanh chiếm 47% tổng mức sử dụng năng lượng của Vương quốc Anh và sẽ đạt 100% vào năm 2035. Hydro xanh sẽ phát triển nhanh hơn nhiều so với con số đó. Nguồn cung trong thập kỷ này sẽ tốt hơn. Đến năm 2030, khoảng 90% tổng lượng hydro được sản xuất sẽ là hydro xanh”.

“Hydro xanh có thể được lưu trữ hiệu quả hơn nhiều về chi phí và không gian so với đơn vị điện tương đương trong bộ pin, đồng thời cũng giúp giảm đáng kể nhu cầu khai thác các nguyên tố quý giá”, người phát ngôn của INEOS nói thêm.

Để hỗ trợ phát triển hydro xanh, Ủy ban EU đã trao gần 720 triệu euro cho bảy dự án hydro tái tạo. Đây là một phần của quá trình đấu thầu trong các kế hoạch của Ngân hàng Hydrogen Châu Âu. Các dự án được chọn hiện sẽ bắt đầu chuẩn bị các thỏa thuận tài trợ riêng lẻ và phải bắt đầu sản xuất hydro tái tạo trong vòng năm năm kể từ ngày ký kết.

Điều này có nghĩa là hydro xanh sẽ được sản xuất tại Phần Lan, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha và Na Uy. Nhiên liệu này sẽ không được sản xuất dành riêng cho thị trường ô tô mà sẽ được sử dụng cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, điều này nhấn mạnh mong muốn của EU là thúc đẩy nền kinh tế hydro của mình vào cuối thập kỷ này.

Những thách thức phía trước

Hydro vẫn còn nhiều thách thức phía trước. Một báo cáo do Ủy ban Châu Âu công bố nêu rõ rằng ứng dụng công nghệ này vào ô tô là khả thi. Điều này bao gồm FCEV, xe buýt và trạm tiếp nhiên liệu hydro. Mặc dù vậy, nhiên liệu này vẫn phải đối mặt với một số rào cản cần vượt qua trước khi có thể được coi là một lựa chọn khả thi.

Được công bố vào đầu năm nay, báo cáo nhấn mạnh rằng rào cản lớn nhất đối với sự phát triển là sự cạnh tranh từ BEV. Hệ thống truyền động này tận dụng chi phí vận hành thấp hơn và những tiến bộ về công nghệ. Ngoài ra còn có chi phí nhiên liệu hydro tăng do cuộc khủng hoảng năng lượng năm 2022 cần cân nhắc.

Ngoài ra, báo cáo cho rằng chuỗi cung ứng linh kiện vẫn còn yếu. Các nhà sản xuất có xu hướng phản ứng theo nhu cầu, điều này hạn chế khả năng mở rộng kho phụ tùng thay thế. Điều này tạo ra một chu kỳ mà chuỗi cung ứng không thể được xây dựng nếu không có nhu cầu từ các nhà sản xuất ô tô, những người không thể sản xuất ô tô do chuỗi cung ứng yếu.

Để giải quyết những thách thức này, báo cáo đề xuất triển khai các cơ chế tài chính dài hạn. Vì vậy, các khoản trợ cấp và ưu đãi thuế có thể tăng cường khả năng cạnh tranh của FCEV. Đổi lại, điều này sẽ củng cố chuỗi cung ứng của châu Âu cho các linh kiện di động chạy bằng hydro.

Các khuyến nghị cũng bao gồm việc phát triển các biện pháp đo lường và báo cáo chuẩn hóa về quá trình phân hủy pin nhiên liệu và các quy trình vận hành. Mạng lưới tiếp nhiên liệu hydro của lục địa này cũng cần được mở rộng.

Việc phát triển hydro vẫn đang tiếp tục, với các ứng dụng cho xe thương mại dẫn đầu. Khi hydro xanh trở nên dồi dào, tiềm năng ứng dụng cho xe chở khách có thể được khai thác thêm. Tuy nhiên, hiện tại, tương lai vẫn là điện hoá hoàn toàn.