Những điều chưa biết về ô tô dùng pin nhiên liệu hydro

Về pin nhiên liệu hydro

Pin nhiên liệu hydro thực tế không phải là mới, nhưng mối quan tâm đến việc sử dụng công nghệ này để cung cấp năng lượng cho ô tô đang ngày càng tăng. Hiện đã có xe điện chạy bằng pin nhiên liệu trên thị trường, trong đó Toyota dẫn đầu với mẫu Mirai.

Các nhà sản xuất ô tô khác cũng đang phát triển FCEV cho thị trường xe khách và xe thương mại, hy vọng công nghệ này sẽ hoạt động cùng với hệ truyền động pin-điện để tăng phạm vi của ô tô không phát thải.

Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu sử dụng động cơ điện để dẫn động các bánh xe, giống như BEV. Tuy nhiên, thay vì một bộ pin được thiết kế để cắm vào nguồn điện và lưu trữ năng lượng, FCEV sản xuất điện thông qua pin nhiên liệu trên xe và bình hydro áp suất cao.

Pin nhiên liệu hydro thay thế pin làm nguồn năng lượng một cách hiệu quả. Do đó, xe điện chạy bằng pin nhiên liệu không cần phải cắm điện, mặc dù nó cần được tiếp nhiên liệu bằng hydro tại trạm nạp. Quá trình này sẽ mất khoảng thời gian tương đương với việc tiếp nhiên liệu cho xe chạy bằng xăng hoặc dầu diesel.

Pin nhiên liệu sử dụng quá trình điện phân ngược để tạo ra điện. Bên trong thiết bị là một chồng các tế bào riêng lẻ được tạo thành từ màng điện phân, điện cực dương hoặc cực âm và điện cực âm hoặc cực dương.

Hydro được đưa vào cực dương, trong khi oxy được đưa vào cực âm. Phản ứng phá vỡ các phân tử hydro thành proton và electron. Cái trước đi qua màng, trong khi cái sau đi vào mạch bên ngoài, cung cấp năng lượng cho động cơ điện.

Sau đó, các electron tái hợp với các proton ở cực âm, nơi chúng kết hợp với oxy. Điều này tạo ra H2O hoặc nước được thải ra từ xe.

Sự an toàn của hydro

Thường có những lo ngại về sự an toàn của hydro, với những lời gièm pha chỉ ra thảm họa Hindenburg là một ví dụ về lý do tại sao nhiên liệu này không nên được sử dụng trên thị trường đại chúng. Tuy nhiên, hydro trong ô tô cũng an toàn như xăng hoặc dầu diesel.

Nhiên liệu được lưu trữ ở dạng khí trong các thùng chứa có thành dày, giúp ngăn chặn sự trộn lẫn không kiểm soát được với oxy. Những chiếc xe đã trải qua nhiều cuộc thử nghiệm va chạm, xác nhận tính an toàn của thiết kế và không xảy ra rò rỉ. Hydro cũng có thành tích an toàn đã được chứng minh trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau ngoài lĩnh vực ô tô.

Ở trạng thái khí trong bình áp suất cao, hydro nhẹ hơn không khí 14 lần, nghĩa là nó sẽ thoát thẳng lên trên nếu xảy ra rò rỉ. Sau đó nếu có cháy thì phải hướng ra xa phương tiện, đốt cháy an toàn, ít có nguy cơ cháy nổ thêm.

Các loại hydro

 

Mặc dù hydro rất dồi dào nhưng nó thường được tìm thấy gắn liền với các nguyên tố khác và cần được tách ra để sử dụng làm nhiên liệu. Tùy thuộc vào phương pháp được sử dụng, quá trình này có thể thải ra rất nhiều carbon và mặc dù đã có các giải pháp bền vững nhưng chúng vẫn cần được phát triển thêm.

Sản xuất hydro được phân loại thông qua màu sắc, dựa trên phương pháp và tính bền vững. Có một số màu của hydro, nhưng phổ biến nhất là màu xám, xanh lam và xanh lục.

Hydro xám được tạo ra bằng khí tự nhiên hoặc khí metan, thông qua một quá trình gọi là cải cách khí metan bằng hơi nước. Đây là nơi hơi nước ở nhiệt độ cao cùng với chất xúc tác được sử dụng để làm nóng khí và từ đó tạo ra hydro. Đây hiện là phương pháp phổ biến nhất nhưng cũng là phương pháp sử dụng nhiều carbon nhất, thải CO2 trực tiếp vào khí quyển.

Quá trình sản xuất hydro xanh là như nhau, nhưng cách thải CO2 ra ngoài thì khác. Quá trình này sử dụng công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS), với lượng khí thải CO2 được lưu trữ trong các bể chứa để sử dụng ở nơi khác trong các quy trình công nghiệp khác, thay vì thải vào khí quyển. Hydro xanh được coi là “cầu nối” hướng tới sản xuất bền vững, tuy nhiên vẫn còn câu hỏi phải làm gì với lượng CO2 được lưu trữ, đặc biệt nếu nhiên liệu được tạo ra cho thị trường đại chúng.

Hydro xanh là loại bền vững nhất và là hình thức sản xuất cần thiết để FCEV trở thành một lựa chọn thân thiện với môi trường hơn. Nó được sản xuất thông qua quá trình điện phân, tách nước thành oxy và hydro, chỉ sử dụng năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, quá trình sản xuất hydro xanh đòi hỏi rất nhiều năng lượng, điều này đặt ra yêu cầu nặng nề đối với nguồn năng lượng tái tạo đang phát triển.

Do đó, hydro xanh chỉ có sẵn với số lượng nhỏ hơn và do đó đắt hơn so với hydro được sản xuất bằng các phương pháp khác. Tuy nhiên, khi cơ sở hạ tầng lưới điện tái tạo tiếp tục được xây dựng, quá trình này có thể trở nên rẻ hơn và phổ biến hơn.

Hydro có phải là nhiên liệu thay thế khả thi?

Cuộc tranh luận xung quanh vị trí của hydro trên thị trường ô tô vẫn tiếp tục, với một số người cho rằng đây không phải là giải pháp thay thế khả thi cho công nghệ pin-điện và những người khác tin rằng đây là lựa chọn tốt nhất cho ô tô không phát thải.

Một trong những vấn đề lớn nhất là cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro. Không chỉ cần xây dựng các trạm hydro chuyên dụng mà còn cần phát triển thêm hệ thống lưu trữ an toàn tại những địa điểm này, như vụ hỏa hoạn ở Na Uy và Mỹ đã từng là lời cảnh báo.

Tuy nhiên, việc tiếp nhiên liệu FCEV có thể được hoàn thành trong thời gian tương đương với các phương tiện chạy bằng xăng và dầu diesel khiến nó trở thành một đối thủ nặng ký trên thị trường hậu cần. Đây là lý do tại sao cả Tập đoàn Renault, dưới thương hiệu Hyvia, Stellantis và Ford, đều đang phát triển hệ truyền động pin nhiên liệu cho đội xe thương mại của họ.

Nếu có nhiều nhà sản xuất ô tô bắt đầu phát triển công nghệ, với ô tô và xe tải trở nên sẵn có, thì cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu cũng có thể phát triển, như trường hợp của BEV. Nhưng do việc lái xe không phát thải đã được khuyến khích thông qua luật pháp của chính phủ, với các mục tiêu được thực hiện và mức phạt được đề xuất, các nhà sản xuất ô tô hiện đang tập trung hơn vào công nghệ pin.

Hydro có tiềm năng nhất định trong một số lĩnh vực nhất định của thị trường ô tô. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu với cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu cực kỳ hạn chế. Hydro được các nhà nghiên cứu đánh giá có thể là giải pháp thay thế không phát thải, nhưng điều này có thể phải mất vài năm nữa.