Nhiên liệu điện tử mang “cuộc sống mới” cho động cơ đốt trong, nhưng giá thành sẽ thế nào?

Nhiên liệu điện tử là một quá trình tốn kém

Các nhà phê bình cho rằng nhiên liệu điện tử là một sự phân tâm tốn kém khỏi quá trình chuyển đổi sang điện khí hóa. Theo họ mang lại lợi tức đầu tư lớn hơn nhiều nếu mục tiêu là giảm khí thải nhà kính. Giới chuyên gia nói rằng sản xuất nhiên liệu điện tử sẽ chuyển hướng năng lượng gió và mặt trời bền vững khỏi những mục đích sử dụng cấp bách hơn và động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu điện tử vẫn tạo ra các chất ô nhiễm như nitơ oxit và carbon monoxide.

Những người ủng hộ nhận định chúng có thể là một cách để khử carbon cho hàng trăm triệu ô tô động cơ đốt trong trên đường, cũng như các hình thức vận tải khác như vận chuyển và hàng không. Họ nói rằng những chiếc xe chạy bằng nhiên liệu điện tử có thể có lượng khí thải carbon tương tự như xe điện bằng cách sử dụng đánh giá vòng đời toàn diện.

Vẫn chưa rõ các quy định về nhiên liệu điện tử sẽ như thế nào hoặc khi nào chúng có thể được hoàn thiện, nhưng động thái này đã làm phức tạp cuộc hành quân trị giá hàng tỷ USD của ngành đối với các phương tiện chạy hoàn toàn bằng điện, điều dường như không thể tránh khỏi chỉ vài tháng trước.

Những người ủng hộ nổi bật trong ngành công nghiệp ô tô bao gồm các nhà sản xuất ô tô thể thao nổi tiếng như Porsche và Ferrari. Các hãng này coi nhiên liệu điện tử là một cách để tiếp tục bán các động cơ đốt trong mang tính biểu tượng của họ như động cơ sáu xi-lanh của Porsche 911 và Ferrari V-12. Porsche đã đầu tư mạnh vào một nhà máy nhiên liệu điện tử thí điểm ở Chile cùng với Siemens và các công ty năng lượng.

“Tôi không biết có khả năng nào khác để khử carbon cho ô tô động cơ đốt trong”, Giám đốc điều hành Tập đoàn Porsche và Volkswagen, Oliver Blume, cho biết vào tháng 3 tại hội nghị kết quả thường niên của tập đoàn.

“Điều này rất tốt cho chúng tôi, bởi vì bạn có thể chạy một chiếc xe với nhiên liệu (carbon) trung tính”, Giám đốc điều hành Ferrari Benedetto Vigna nói vào tháng Năm.

Nhưng không chỉ những chiếc xe thể thao đắt đỏ mới có thể hưởng lợi từ nhiên liệu điện tử. Sau quyết định của EU, Giám đốc điều hành của Stellantis và Renault cho rằng đó có thể là một giải pháp hợp lệ để khử carbon cho các động cơ đốt trong hiện có, mặc dù họ đã ngừng việc sử dụng chúng sau năm 2035 trên ô tô mới.

“Đó là một tin tốt, nhưng không chỉ là tin tốt cho Ferrari và Porsche”, Giám đốc điều hành Tập đoàn Renault Luca de Meo thông tin vào tháng Năm. Ông cho biết thương hiệu Dacia của tập đoàn sẽ tìm cách chuyển sang điện khí hóa “càng muộn càng tốt”, đồng ý rằng nhiên liệu điện tử có thể là một cách để khử carbon cho những chiếc ô tô giá cả phải chăng của Dacia bằng động cơ đốt trong. Renault đang hợp tác với Saudi Aramco, đối tác trong dự án liên doanh động cơ đốt trong, để phát triển nhiên liệu điện tử.

Stellantis vào tháng 4 thì cho biết họ đang hoàn thành thử nghiệm nhiên liệu điện tử trên một loạt các họ động cơ từ năm 2014 đến năm 2029, mặc dù lưu ý rằng “vẫn cam kết” chỉ bán xe chạy bằng pin ở châu Âu vào năm 2030.

Giám đốc điều hành Carlos Tavares cho hay: “Bằng cách làm việc để đảm bảo động cơ của chúng tôi thân thiện với nhiên liệu điện tử, chúng tôi đang hướng tới việc cung cấp cho khách hàng của mình một công cụ khác trong cuộc chiến chống lại sự nóng lên toàn cầu”.

Thực tế, động thái của EU cho phép ô tô chạy bằng nhiên liệu điện tử khiến các nhà phê bình mất tinh thần.

“Mất tập trung vào điện khí hóa giao thông đường bộ có nguy cơ làm chuyển hướng các nguồn lực và trì hoãn việc mở rộng quy mô xe điện chạy bằng pin”, Tổ chức Giao thông vận tải & Môi trường (T&E) đã viết trong một báo cáo về nhiên liệu điện tử vào năm 2021.

William Todts, giám đốc điều hành của T&E, cho rằng “những người ủng hộ hành lang nhiên liệu điện tử, chủ yếu là ngành dầu mỏ, không tìm kiếm một cuộc cạnh tranh công bằng giữa nhiên liệu điện tử và xe điện. Họ đang tìm cách làm hỏng quá trình điện khí hóa hàng loạt”.

Trong khi đó, nhóm vận động hành lang về nhiên liệu điện tử, Liên minh nhiên liệu điện tử, nói rằng điều đó không chống lại điện khí hóa, nhưng nhiên liệu điện tử có thể được sản xuất theo cách thực sự bền vững và chi phí cao hiện tại sẽ giảm nếu có thị trường cho chúng.

Ferrari Purosangue mới tạo ra công suất 715 mã lực từ động cơ V-12 và lượng khí thải WLTP là 389 gram mỗi km. Ferrari và chính phủ Ý đã ủng hộ việc đưa nhiên liệu điện tử vào các quy định về khí hậu của EU.

Ralf Diemer, giám đốc điều hành của Liên minh nhiên liệu điện tử, một nhóm vận động hành lang có khoảng 180 thành viên, trong đó có 12 đến 15 người trực tiếp tham gia vào ngành công nghiệp ô tô (Porsche đã tham gia vào cuối tháng 5), cũng như các công ty năng lượng, nói rằng nhiên liệu điện tử sẽ có ý nghĩa hơn nếu áp dụng một biện pháp toàn diện hơn về lượng khí thải carbon của ô tô.

Diemer gọi cách tiếp cận mới là mục tiêu cuối cùng, nhưng ông nói rằng một phép đo nhiên liệu “chạy tốt” đã được sửa đổi bao gồm cách nhiên liệu được sản xuất cũng sẽ giúp thu hẹp bất kỳ khoảng cách nào đối với pin.

“Khử carbon không nên là một trò chơi có tổng bằng không”, Diemer nhấn mạnh.

Diemer thừa nhận nhiên liệu điện tử hiện nay quá đắt để sử dụng rộng rãi, nhưng ông cho biết giá sẽ giảm theo quy mô và sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo ở những nơi như Chile với khí hậu dồi dào gió hoặc nắng. Diemer cho rằng việc giảm thuế suất đối với nhiên liệu điện tử so với nhiên liệu hóa thạch cũng có thể giúp ích.

Nhà máy nhiên liệu điện tử thí điểm của Porsche ở Chile chạy bằng tua-bin gió. Quá trình sản xuất bắt đầu vào cuối năm 2022, với các đối tác bao gồm Siemens, Exxon và các công ty năng lượng khác.

Quy trình sản xuất nhiên liệu điện tử

Việc sản xuất nhiên liệu điện tử là một quy trình gồm nhiều bước: Trong bước đầu tiên, quy trình điện phân cho dòng điện chạy qua nước để phân tách nước thành các phân tử thành phần gồm hydro và oxy. Lý tưởng nhất là quá trình điện phân được cung cấp bởi các nguồn năng lượng tái tạo như gió hoặc mặt trời (tương tự như cái gọi là công nghệ hydro “xanh”).

Trong bước thứ hai, các phân tử hydro được kết hợp với carbon dioxide để tạo ra nhiên liệu điện tử ở dạng lỏng có thể được lưu trữ hoặc vận chuyển như xăng hoặc dầu đốt nóng.

CO2 được sử dụng trong quy trình có thể được thu giữ từ không khí hoặc từ các nhà máy đốt nhiên liệu hóa thạch và các nguồn khác nhau có tác động khác nhau đến lượng khí thải carbon của nhiên liệu điện tử, với CO2 thu được từ các quy trình công nghiệp có khả năng cân bằng lượng khí thải khi nhiên liệu được đốt cháy, mặc dù các nhà phê bình nói rằng công nghệ vẫn chưa hoàn toàn trưởng thành.

Nhiên liệu điện tử sau đó có thể được tinh chế và sử dụng như xăng, dầu diesel, dầu sưởi, nhiên liệu hàng không, khí thiên nhiên lỏng hoặc dầu hỏa. Nhiên liệu điện tử khác với nhiên liệu sinh học, được tạo ra từ sinh khối như mía, ngô, tảo hoặc chất thải.

Diemer cho biết vẫn chưa có cách nào để dự báo quy mô cuối cùng của thị trường nhiên liệu điện tử, nhưng các công ty năng lượng như Aramco đang tham gia rất nhiều vào quá trình phát triển. Nhiều công ty đã hoạt động ở những vùng có nhiều nắng và gió ví dụ như sa mạc Ả Rập Saudi, và ít người, khiến các trang trại năng lượng mặt trời hoặc gió khổng lồ trở nên khả thi hơn.

Ngoài ra, họ cũng có thể coi nhiên liệu điện tử là một phần quan trọng trong hoạt động kinh doanh của mình trong tương lai, khi cung và cầu nhiên liệu hóa thạch bị thu hẹp, các chuyên gia cho biết.

Trên thực tế, Diemer nói sản xuất nhiên liệu điện tử có thể giúp châu Âu đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng từ các nguồn như khí đốt tự nhiên từ Nga, ngay cả khi khí hậu châu Âu không thuận lợi cho năng lượng mặt trời hoặc gió và điều đó có nghĩa là phải nhập khẩu nhiên liệu điện tử bằng tàu chở dầu.

Ưu điểm

Ưu điểm của nhiên liệu điện tử là khả năng tương thích của chúng với các động cơ đốt trong hiện tại và tương lai. Ngoài Stellantis, Renault cũng đã hoàn thành thử nghiệm khả năng tương thích với nhiên liệu từ các nhà máy thí điểm, Gilles Le Borgne, giám đốc công nghệ của Tập đoàn Renault cho biết.

"Chúng tôi biết những lợi thế. Chúng tôi đã thực hiện phân tích vòng đời của mình”, Gilles Le Borgne nói. "Đó chỉ là một vấn đề điều chỉnh, nó không phải là vấn đề của phần cứng”.

Le Borgne nói rằng nhiên liệu điện tử sẽ có ý nghĩa nếu EU áp dụng phương pháp tiếp cận mới để đánh giá lượng khí thải carbon của ô tô thay vì tập trung vào lượng khí thải từ ống xả. Điều đó sẽ bao gồm năng lượng được sử dụng để sản xuất thép hoặc nhôm, bất kỳ loại pin EV nào và quy trình lắp ráp, cũng như để tạo ra nhiên liệu (dù là nhiên liệu tái tạo hay hóa thạch) và việc sử dụng nhiên liệu.

Nguồn tài nguyên khan hiếm

Trở ngại chính đối với nhiên liệu điện tử là phân bổ các nguồn lực khan hiếm, trong trường hợp này là năng lượng tái tạo và đầu tư vào xe điện.

Peter Fintl, phó chủ tịch của công ty tư vấn công nghệ Capgemini Engineering, nói: “Quá trình sản xuất nhiên liệu điện tử chỉ khả thi với điều kiện tiên quyết là năng lượng xanh luôn sẵn có và dồi dào”.

Fintl cho biết ngay cả khi đó, điện khí hóa vẫn hiệu quả hơn nhiều. Bản thân quá trình tạo ra nhiên liệu điện tử đã tiêu tốn nhiều năng lượng và động cơ đốt trong kém hiệu quả hơn nhiều trong việc biến năng lượng thành chuyển động tịnh tiến so với động cơ điện.

"Nếu bạn lấy một kilowatt điện từ EV, giả sử từ nguồn đến bánh xe, luôn có khoảng 75% năng lượng đẩy phương tiện. Nếu bạn nhìn vào nhiên liệu điện tử, tốt nhất có thể là 10 đến 15%”, Peter Fintl chia sẻ.

Câu lạc bộ ô tô lớn nhất của Đức, ADAC, gần đây đã công bố một biểu đồ cho thấy có bao nhiêu phương tiện có thể chạy bằng tua-bin gió 3 megawatt mỗi năm: 1.600 xe điện; 600 xe chạy pin nhiên liệu; và 250 xe ô tô đốt trong chạy bằng nhiên liệu điện tử.

Theo quan điểm của Fintl, sự phát triển của hydro “xanh”  có thể được sử dụng trong các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu và một loạt các mục đích sử dụng khác là cách sử dụng năng lượng tái tạo tốt hơn.

“Đối với mỗi nghìn euro bạn chi cho phát triển nhiên liệu điện tử, bạn đang thiếu ngân sách đó trong các lĩnh vực khác. Cuối cùng, điện khí hóa rẻ hơn, hiệu quả hơn và tốt hơn”, Peter Fintl phân tích.

Chi phí hiện tại của nhiên liệu điện tử nằm ngoài tầm với của hầu hết người dùng tiềm năng, ngay cả những người ủng hộ cũng thừa nhận. Nhưng họ nói rằng điều đó sẽ giảm dần theo quy mô và có khả năng là nhờ sự giúp đỡ từ việc giảm thuế.

“Nếu chúng ta đánh thuế nhiên liệu xanh thấp hơn nhiên liệu hóa thạch, điều này sẽ mở ra cơ hội kinh doanh”, Diemer thuộc Liên minh Nhiên liệu Điện tử cho biết.

Quy định của EU

Động thái tiếp theo đối với nhiên liệu điện tử là tùy thuộc vào Ủy ban Châu Âu, cơ quan đã hứa sẽ tạo ra sự miễn trừ cho việc sử dụng nhiên liệu điện tử trong các quy định năm 2035 của mình, bắt buộc tất cả các ô tô mới bán ra đều không phát thải.

"Chúng tôi có cơ hội duy nhất để điều chỉnh khung pháp lý ở châu Âu để cho phép và hỗ trợ sản xuất nhiên liệu điện tử công nghiệp hóa”, Diemer nói.

Theo một tài liệu mà Reuters được xem vào đầu năm nay, EU có kế hoạch tạo ra một danh mục dành cho ô tô chỉ có thể chạy bằng nhiên liệu trung tính carbon. Sau đó, nó sẽ đưa ra một quy định cho thấy những chiếc xe này có thể đóng góp như thế nào cho mục tiêu năm 2035.

Ngay cả khi các quy định đã được đưa ra, vẫn chưa chắc nhiên liệu điện tử sẽ chiếm một phần đáng kể trên thị trường châu Âu sau năm 2035. Trên thực tế, phần lớn nhiên liệu điện tử có thể sẽ được sử dụng cho ngành hàng không, lĩnh vực mà nói chung là không phù hợp để điện khí hóa, một báo cáo từ LMC Automotive cho biết.

LMC cho rằng: “Sự khao khát nhiên liệu điện tử của ngành hàng không sẽ không được đáp ứng trong một thời gian dài. Sẽ không có nhiều nhiên liệu điện tử dự phòng tìm kiếm một ngôi nhà trong lĩnh vực xe hạng nhẹ”.

Mặc dù vậy, nếu các điều kiện kết hợp với nhau, các nhà phân tích và những người ủng hộ cho biết, nhiên liệu điện tử có thể đóng một vai trò nhỏ nhưng quan trọng trong việc khử carbon cho động cơ đốt trong hơn 150 năm sau khi phát minh ra nó.