Xe chạy bằng hydro và tương lai của ngành vận tải toàn cầu

Một số nhà sản xuất ô tô coi phương tiện chạy bằng hydro là tương lai của phương tiện giao thông không khí thải, nhưng rất ít người tiêu dùng nghe nói đến công nghệ này chứ đừng nói đến việc nhìn thấy những phương tiện như vậy trên đường phố.

Xe hydro hoạt động như thế nào?

Hydro có thể được đốt trực tiếp làm nhiên liệu vì nó có tính phản ứng cao và dễ cháy. Nhưng đó không phải là cách nó hoạt động ở các phương tiện chạy bằng hydro.

Xe hydro chạy bằng điện được tạo ra từ hydro bằng pin nhiên liệu tích hợp. Nói một cách đơn giản, những tế bào nhiên liệu này biến các nguyên tử hydro thành các phân tử điện và nước. Điện sau đó cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Đây là lý do tại sao tên viết tắt phổ biến của xe hydro là FCEV (xe điện chạy pin nhiên liệu).

Trong khi xe điện chạy pin (BEV) sử dụng điện được lưu trữ trong pin thì FCEV sản xuất điện trên xe từ hydro được lưu trữ trong bình chứa. BEV sạc lại pin từ lưới điện khi sắp hết, trong khi FCEV phải đổ đầy bình chứa hydro.

Ưu điểm của xe chạy bằng hydro

Giống như BEV, FCEV không tạo ra khí thải nhà kính khi chạy. Thứ duy nhất mà ống xả của chúng thải ra là hơi nước. Khi FCEV sử dụng “hydro xanh” – hydro được tạo ra bằng cách tách các phân tử nước sử dụng điện từ các nguồn sạch – chúng sẽ giảm lượng khí thải hơn nữa vì quá trình sản xuất nhiên liệu cũng trung hòa carbon.

Ưu điểm lớn nhất mà người dùng FCEV có thể nhận thấy so với BEV là thời gian tiếp nhiên liệu ngắn. Mặc dù điều này thay đổi tùy theo mẫu xe, nhưng thông thường phải mất vài phút để tiếp nhiên liệu cho bình chứa hydro trong FCEV, trong khi BEV có thể mất nhiều giờ để sạc lại và ngay cả những bộ sạc nhanh nhất cũng mất khoảng 20 phút.

Pin nhiên liệu của xe chạy bằng hydro của Hyundai tại triển lãm ở Bắc Kinh ngày 27/5/2023. Ảnh: Tân Hoa Xã.

Phạm vi lái xe dài là một lợi thế khác của xe chạy bằng nhiên liệu hydro so với BEV. Mirai của Toyota, chiếc FCEV được sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thị trường, đang giữ kỷ lục thế giới hiện tại về quãng đường đi được xa nhất của một chiếc ô tô chạy bằng hydro. Nó có thể đi được quãng đường 1.360km với bình đầy 5,65kg hydro, gấp đôi phạm vi hoạt động cao nhất hiện nay của một chiếc BEV.

Các phương tiện hạng nặng chạy bằng hydro, chẳng hạn như xe tải và xe buýt, thậm chí có thể có phạm vi hoạt động xa hơn nhờ khả năng vận chuyển lượng hydro lớn hơn.

Những yếu tố nào đang chống lại xe chạy bằng hydro?

Sự sẵn có của nhiên liệu hydro là thách thức lớn nhất đối với FCEV. Hydro xanh thường được sản xuất ở những khu vực có nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, nhưng những khu vực này thường ở xa trung tâm nhu cầu.

Không giống như điện được truyền qua đường dây truyền tải và phân phối với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, hydro phải di chuyển trên đường bằng xe tải chở dầu, hoặc xe moóc ống với số lượng nhỏ hoặc qua đường ống. Cơ sở hạ tầng hỗ trợ việc này đang phát triển chậm, chi phí vận chuyển và lưu kho cao.

Ngoài ra, việc vận chuyển bồn chứa hydro bằng xe tải chạy bằng xăng sẽ phủ nhận một số lợi thế của việc sử dụng hydro ngay từ đầu. Vì vậy, các đội xe tải điện chạy bằng điện từ các nguồn tái tạo hoặc hydro lý tưởng nhất là cần phải hiện thực hóa trước khi việc phân phối rộng rãi hydro có ý nghĩa.

Một thách thức khác đối với xe hydro là hiệu quả. Bất cứ khi nào năng lượng được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác thì việc mất năng lượng là điều không thể tránh khỏi.

Theo Cosimo Ries, nhà phân tích năng lượng tại tổ chức nghiên cứu Trivium China, sự mất mát đó là từ 30 đến 40% khi hydro xanh được sản xuất bằng phương pháp điện phân chạy bằng điện mặt trời và gió. Sau đó, việc chuyển đổi hydro thành điện năng trong pin nhiên liệu của FCEV sẽ làm mất nhiều năng lượng hơn, làm giảm hiệu quả hơn nữa.

Ngoài ra, các nhà sản xuất BEV cũng không đứng yên. Yao Zhe, nhà phân tích chính sách toàn cầu của Greenpeace East Asia có trụ sở tại Bắc Kinh cho biết: “Với sự phát triển của BEV trong những năm gần đây, công nghệ pin của họ đã nhiều lần đạt được những bước đột phá và chiếm được lòng tin của người tiêu dùng. Đặc biệt là trong trận đấu lĩnh vực xe chở khách quãng đường trung bình và ngắn, tôi nghĩ có sự đồng thuận rõ ràng rằng hydro không phải là một lựa chọn tốt”.

Chi phí cao của phương tiện chạy bằng hydro và nhiên liệu hydro cũng là trở ngại cho việc áp dụng rộng rãi hơn. Ví dụ, ở Trung Quốc – nhà phát triển hydro lớn nhất thế giới và thị trường FCEV lớn nhất – xe tải hạng nặng chạy bằng hydro hiện tại có thể có giá khoảng 1 triệu nhân dân tệ (138.400 USD), gần gấp ba giá xe tải truyền thống.

Theo các nhà nghiên cứu, hydro có độ tinh khiết cao, được tạo ra như sản phẩm phụ của các quy trình công nghiệp, có giá khoảng 25 đến 40 nhân dân tệ/kg tại các trạm tiếp nhiên liệu hydro ở những nơi như tỉnh Sơn Tây, Trung Quốc, nơi tập trung nhiều ngành công nghiệp, và 50 đến 70 nhân dân tệ/kg tại các trạm ở Thượng Hải. Loại hydro này được gọi là hydro xanh hoặc xám vì việc sản xuất nó liên quan đến lượng khí thải carbon.

Yi Baolian, một học giả của Học viện Kỹ thuật Trung Quốc, cho biết trong một bài phát biểu vào năm 2023 rằng nhiên liệu hydro sẽ chỉ cạnh tranh với các phương tiện chạy bằng diesel nếu giá giảm xuống dưới 30 nhân dân tệ/kg.

Những quốc gia và nhà sản xuất nào trong trò chơi

Một nhân viên đổ đầy chiếc xe buýt chạy bằng hydro cung cấp phương tiện vận chuyển cho Thế vận hội Olympic mùa đông Bắc Kinh 2022 tại trạm đổ xăng Sinopec ở Chongli, Trung Quốc, năm 2022. Ảnh: Getty Images.

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), vào cuối năm 2023, Hàn Quốc dẫn đầu thế giới với 34.650 FCEV được đăng ký, trong đó 34.000 chiếc là xe chở khách.

Theo IEA, Trung Quốc theo sau với 22.480 xe, nhưng hơn 70% trong số này là xe thương mại. Mỹ chiếm vị trí thứ ba với 18.220 FCEV, chủ yếu là xe chở khách.

Theo SNE Research, khi nói đến thương hiệu, Hyundai của Hàn Quốc thống trị thị trường FCEV, chiếm hơn 1/3 trong số 14.451 xe chạy hydro được bán ra trên toàn thế giới vào năm ngoái. Toyota của Nhật Bản là nhà sản xuất FCEV lớn thứ hai, chiếm khoảng 27% doanh số toàn cầu vào năm ngoái.

SNE cho biết, đối với các quốc gia, lần đầu tiên Trung Quốc đã vượt qua Hàn Quốc về doanh số bán xe FCEV vào năm ngoái, chiếm gần 40% tổng doanh số trên toàn thế giới.

Cho đến nay, hơn 40 khu vực pháp lý trên toàn thế giới đã ban hành các chiến lược hydro, trong đó nhiều chiến lược bao gồm việc phát triển phương tiện chạy bằng hydro và cơ sở hạ tầng liên quan trong kế hoạch của họ. Trong chiến lược hydro quốc gia của Trung Quốc, nước này đặt mục tiêu có ít nhất 50.000 FCEV trên đường vào năm 2025.

Hydro có tương lai trong ngành vận tải?

Với lợi thế về phạm vi di chuyển và thời gian tiếp nhiên liệu, hydro có thể có tiềm năng nhất trong vận tải đường dài và hạng nặng, như xe tải, phương tiện hậu cần, xe buýt và tàu hỏa.

Tuy nhiên, giá phương tiện cao, chi phí nhiên liệu và thiếu cơ sở hạ tầng để vận chuyển và lưu trữ nhiên liệu hydro vẫn là những rào cản.

Ries của Trivium nói: “Nếu giá thành của xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro không thể giảm, nó sẽ không thể cạnh tranh với xe điện chạy pin ngay cả trong lĩnh vực xe tải hạng nặng”.

Trợ cấp của chính phủ có thể tạo lực đẩy lớn cho thị trường FCEV. Ví dụ, chính phủ Trung Quốc đang khuyến khích các thành phố hình thành các “cụm” phát triển hydro, đưa ra khoản tiền thưởng lên tới 1,7 tỷ nhân dân tệ cho các khu vực này để thúc đẩy triển khai FCEV. Tại các thành phố đã được trợ cấp, xe tải chạy bằng hydro đã có chi phí ngang bằng với xe tải chạy bằng diesel.

Theo Lin của Refire, đến năm 2027, xe tải chạy bằng hydro dự kiến ​​sẽ đạt mức chi phí trong vòng đời tương đương với các xe tải chạy bằng nhiên liệu hóa thạch ở Trung Quốc ngay cả khi không có sự hỗ trợ của trợ cấp.