Xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro: “Chiến binh” đi trước thời đại?

Xe ô tô chạy bằng khí hydro đã có sẵn

Gần đây, bạn có thể đã nghe rất nhiều về xe điện, cũng như thông tin về các đạo luật giảm lượng khí thải carbon từ xe cộ. Nhưng có một loại phương tiện không phát thải khác, một loại chỉ phát ra hơi nước khi nó chở bạn trên đường. Đó là phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro, có liên quan đến EV nhưng với những khác biệt cụ thể khiến những chiếc xe chạy bằng hydro trở nên khác biệt và hiếm hơn nhiều.

Cho đến nay, đã có khoảng 2,5 triệu EV đã được bán ở thị trường Mỹ. Ngược lại, tính đến giữa năm 2022, 15.000 xe chạy bằng hydro trở xuống có thể được tìm thấy trên các con đường của Mỹ. Tất cả chúng sẽ ở California, tiểu bang duy nhất có mạng lưới các trạm tiếp nhiên liệu hydro bán lẻ để hỗ trợ cho những chiếc xe có thể sử dụng được.

Kể từ năm 2015, ba chiếc xe chạy bằng năng lượng hydro đầu tiên đã được chào bán từ ba hãng xe khác nhau là Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Nexo SUV và Toyota Mirai. Nhưng Honda hiện đã ngừng sản xuất tất cả các mẫu xe của Clarity, và cho đến nay, Hyundai đã bán được ít hơn 1500 chiếc Nexo SUV.

Toyota, công ty cống hiến nhiều nhất cho năng lượng hydro như một giải pháp thay thế cho xe chạy bằng pin, đã bán được khoảng 10.700 chiếc Mirai sedan qua hai thế hệ tại Mỹ - mặc dù trong một số thời kỳ, hãng phải giảm giá đáng kể để có thể bán được xe.

Xe hydrogen là gì?

Một chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro (viết tắt là HFCV) sử dụng cùng một loại động cơ điện để quay các bánh xe. Nhưng nó được cung cấp năng lượng không phải bởi một bộ pin lớn, nặng mà bằng một ngăn xếp pin nhiên liệu, trong đó hydro tinh khiết (H2) đi qua màng để kết hợp với oxy (O2) từ không khí, tạo ra điện năng làm quay bánh xe cộng với hơi nước. Điều này có nghĩa là phương tiện sử dụng pin nhiên liệu về mặt kỹ thuật là một loại xe hybrid nối tiếp, đó là lý do tại sao chúng đôi khi được phân loại là xe điện lai pin nhiên liệu (FCHEV).

Đối với các nhà khoa học, hydro không thực sự là nhiên liệu mà là chất mang năng lượng. Tuy nhiên, hãy bỏ qua sự phân biệt đó vì người lái xe HFCV đổ đầy bình áp suất cao bằng sợi carbon cho xe của họ tại "trạm tiếp nhiên liệu hydro" rất giống với khái niệm trạm xăng đáng tin cậy cũ, với thời gian tiếp nhiên liệu chỉ trong năm phút tương tự.

Bạn có thể nghe nói rằng hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ. Ở cấp độ nguyên tử, điều đó đúng nhưng hydro không bao giờ được tìm thấy ở trạng thái tinh khiết của nó. Nó luôn được kết hợp với các yếu tố khác. Xu hướng gắn kết mạnh mẽ của nó với bất cứ thứ gì trong tầm mắt khiến nó trở thành vật mang năng lượng tốt. Việc tạo ra hydro tinh khiết cho các phương tiện giao thông đòi hỏi phải sử dụng rất nhiều năng lượng để "bẻ khóa" một hợp chất như khí tự nhiên (CH4) thành H2 tinh khiết, với CO2 là một sản phẩm phụ. Hầu hết khí tự nhiên ngày nay có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Chạy qua pin nhiên liệu, hydro ngay lập tức trả lại năng lượng đó, dưới dạng điện, ngay khi nó kết hợp với oxy. Trong ống xả chỉ có hơi nước (H2O).

Trải nghiệm lái

Trên thực tế, người lái xe HFCV sẽ thấy trải nghiệm gần giống như lái xe chạy bằng pin, mặc dù có lẽ không phải là một trong những loại xe nhanh hơn. Không có hộp số, và chiếc xe có phanh tái tạo để thu hồi năng lượng lãng phí khi nó chạy chậm lại. Chẳng hạn, đó là điều khiến chúng phù hợp để sử dụng nguồn điện dự phòng. Nhưng nhu cầu năng lượng ở một chiếc xe hơi trung bình khác nhau theo thứ tự cường độ, từ một thứ như 15 kilowatt (20 mã lực) để giữ cho xe ở tốc độ đường cao tốc ổn định trên đường bằng phẳng đến có lẽ gấp 10 hoặc 20 lần mức đó để tăng tốc tối đa lên 100km/h hoặc cao hơn.

Pin nhiên liệu trong Toyota Mirai, chiếc xe chạy bằng hydro bán chạy nhất ở Mỹ, được đánh giá là 90 kW (120 mã lực). Nhưng điều đó là không đủ để tăng tốc trên đường cao tốc đang di chuyển nhanh, vì vậy Toyota cũng như các nhà sản xuất HFCV khác bổ sung một loại pin dung lượng thấp điện áp cao, tương tự như loại được sử dụng trong xe hybrid xăng-điện. Nó ở đó để cung cấp năng lượng bổ sung trong thời gian ngắn tăng tốc cường độ cao và được sạc lại từ sản lượng pin nhiên liệu dư thừa khi xe đang chạy với tốc độ ổn định hoặc thông qua phanh tái tạo khi xe chạy chậm lại. Ba chiếc ô tô chạy bằng hydro được bán trong những năm gần đây đều có phạm vi được xếp hạng EPA là 482 km trở lên, giống như xe điện EV, phạm vi đó giảm đáng kể ở tốc độ cao hơn.

Xe ô tô chạy bằng hydro có an toàn?

HFCV được nhiều người coi là an toàn như bất kỳ loại ô tô nào khác vì các bồn chứa áp suất cao được thiết kế để tồn tại ngay cả khi va chạm ở tốc độ cao nhất mà không bị rò rỉ hoặc thủng. Trong khi những người hoài nghi hydro thường trích dẫn vụ nổ Hindenburg năm 1937, các bình chứa hydro và phần cứng của chúng có thể vẫn tồn tại ngay cả khi phần còn lại của chiếc xe bị phá hủy trong một vụ tai nạn. Không có thương tích hoặc tử vong nào cụ thể cho các thành phần hydro đã được ghi nhận trong số lượng tương đối nhỏ HFCV được bán cho đến nay.

Ưu và nhược điểm của xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro

HFCV có một số đặc điểm tích cực giống như ô tô chạy bằng pin như chạy êm ái, không gây tiếng ồn và yên bình. Chúng không thải ra khí carbon dioxide hoặc khí thải độc hại khác ra khỏi ống xả mà chỉ là hơi nước. Tuy nhiên, chỉ mất năm phút hoặc lâu hơn chút để tiếp nhiên liệu cho chúng trong khoảng thời gian 480 -  650 km.

Tuy nhiên, có một số nhược điểm, thách thức lớn nhất là sự sẵn có của nhiên liệu hydro. Trong khi các kế hoạch cách đây một thập kỷ kêu gọi California có 100 trạm hydro, trên thực tế, con số này chỉ là khoảng 60.

Vấn đề lớn nhất, không phải tất cả các trạm không phải lúc nào cũngc ó sẵn để tiếp nhiên liệu. Người sử dụng cần phải theo dõi trong báo cáo Trạng thái Trạm theo thời gian thực do Hiệp hội Nhiên liệu California duy trì để xem có bao nhiêu điểm đang hoạt động tại bất kỳ thời điểm nhất định nào. Nhiều người lái xe sử dụng hydro buộc phải dựa vào ứng dụng đó để lập bản đồ các điểm dừng tiếp nhiên liệu của họ trước khi họ mạo hiểm di chuyển.

Trạm tiếp nhiên liệu hydro

Việc cung cấp nhiên liệu cho ô tô chạy bằng hydro theo thời gian là điều tự nhiên, nhưng việc căn chỉnh vòi phun nặng và bịt kín nó đúng cách để ô tô và máy bơm có thể giao tiếp điện tử có thể cần một số thực hành. Các trạm ngày nay thường chỉ có thể cung cấp nhiên liệu cho hai đến năm xe trước khi chúng hoạt động ngoại tuyến trong tối đa nửa giờ để tiếp thêm.

Thực tế, ngay tại Mỹ cơ sở hạ tầng cung cấp hydro cho các cửa hàng bán lẻ vẫn còn rất mỏng. Một vụ nổ đã cắt đứt nguồn cung cấp cho 9 trong số 11 trạm hydro của khu vực, khiến các xe tải diesel phải vận chuyển các bồn chứa hydro nén cách Nam California hàng trăm km trong đêm để tiếp thêm.

Những người lái xe phụ thuộc vào phương tiện chạy bằng hydro của họ để đi làm cũng luôn phải đặt báo động trong những giờ gần sáng, với hy vọng có thể đến trạm tiếp nhiên liệu kịp thời để lấy một lượng nhiên liệu hydro hạn chế. Kết quả là Toyota đã phải hoàn trả vài tháng tiền thuê cho những người lái xe Mirai trên toàn tiểu bang, những người không thể tin cậy sử dụng xe của họ.

Sự tương phản chính và nhược điểm lớn nhất của ô tô chạy bằng hydro so với ô tô EV là chúng giống với ô tô chạy xăng ở chỗ chúng không thể được "tiếp nhiên liệu" hoặc sạc lại ở nhà qua đêm. Nhưng không giống như ô tô chạy xăng, nơi có hơn 100.000 trạm nhiên liệu phát triển trên nước Mỹ, người lái xe chạy bằng hydro hoàn toàn phụ thuộc vào cả nguồn cung cấp khí đáng tin cậy và trạm tiếp nhiên liệu áp suất cao có sẵn phải hoạt động đúng cách.

Chi phí nhiên liệu hydro

Với nhiên liệu hydro là một mặt hàng chuyên biệt dành cho công chúng, mạng lưới các trạm bán lẻ nhỏ đương nhiên tính giá cao. Theo Hội đồng Kinh doanh Hydrogen California, “hiện tại, một kg hydro có giá từ 10  - 17 USD tại các trạm hydro ở California.

Để bù đắp nhược điểm này, Honda, Hyundai và Toyota đều đã cung cấp miễn phí nhiên liệu hydro cho người thuê và người mua trong nhiều thời gian khác nhau. Mỗi nhà sản xuất có một đề nghị hơi khác nhau: Một chiếc Toyota Mirai đi kèm với lượng hydro miễn phí lên tới 15.000 USD, trong khi một chiếc Hyundai Nexo bao gồm 15.000 USD tương tự trong hợp đồng thuê ba năm hoặc lên đến sáu năm sở hữu.

Tuy nhiên, sau khi những ưu đãi đó hết hạn, người lái xe sẽ phải tự túc.

Bảo dưỡng ô tô chạy bằng khí hydro

Giống như ô tô điện, xe chạy bằng hydro yêu cầu các trung tâm dịch vụ của đại lý phải thực hiện một số biện pháp phòng ngừa đặc biệt. HFCV có cùng bộ pin điện áp cao như ô tô hybrid, plug-in hybrid hoặc ô tô điện, nhưng chúng cũng có một hoặc nhiều thùng chứa bằng sợi carbon, bọc thép để giữ hydro tinh khiết dưới áp suất cực cao.

Dịch vụ bình thường cho một chiếc ô tô chạy hydro không liên quan đến các bình chứa hydro, ngăn xếp pin nhiên liệu hoặc hệ thống ống nước kết nối chúng cũng giống như bất kỳ phương tiện nào khác. Nhưng nếu bất kỳ thành phần nào trong số đó phải được xử lý, bang California có một bộ quy tắc để đảm bảo bất kỳ hydro thoát ra nào không có nguy cơ gây nổ.

Những điều đó bao gồm việc rút hết nhiên liệu của các bồn chứa hydro trong các khu vực ngoài trời cụ thể cách xa các tòa nhà. Sau đó, phần còn lại của hệ thống được lọc sạch tất cả hydro còn lại bằng cách xả các thành phần bằng các loại khí khác nhau, quá trình này mất từ ​​30 đến 180 phút.

Tương lai của ô tô chạy bằng khí hydro

Nếu bạn đang ở California và bạn quan tâm đến một chiếc xe không phát thải chạy bằng động cơ điện, thì một chiếc xe chạy bằng hydro có thể đáng xem xét. Nhưng hiện tại, đó là một cái gì đó đầy rủi ro. Việc tạo ra một mạng lưới nhiên liệu hoàn toàn mới từ đầu đã được chứng minh là có nhiều vấn đề hơn - vừa đắt vừa không đáng tin cậy - so với những gì các nhà sản xuất ô tô hình dung, và nhiên liệu đối với người lái xe đắt hơn xăng.

Thiếu nhiên liệu hydro, HFCV dù được đánh giá cao nhưng không hơn gì một tấm cửa lớn và đắt tiền khiến nhiều hãng và người tiêu dùng phải đắn đo.