Thách thức xe điện

Để ô tô sử dụng hydro vận hành, phải có pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu hay còn gọi là tế bào nhiên liệu (fuel cell), giúp biến đổi hydro thành năng lượng điện, để vận hành xe.

Với công nghệ này, hydro sẽ được bơm vào bình chứa trên ô tô và truyền vào cụm pin nhiên liệu, kết hợp với oxy, tạo thành phản ứng hóa học giúp tạo ra năng lượng.

Nếu như pin hay ắc quy truyền thống phải nạp điện và điện sẽ hết dần khi sử dụng, thì pin nhiên liệu không có khả năng tích điện và hết điện. Nó sẽ hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hydro) và chất ôxi hóa (oxy) được đưa từ ngoài vào. Tức là, pin nhiêu liệu có thể liên tục sản sinh ra điện, chừng nào hydro và oxy vẫn còn.

Do không xảy ra phản ứng đốt cháy nhiên liệu, không gây ra tiếng ồn trong quá trình sản sinh điện, nên pin nhiên liệu có mức phát thải bằng 0, rất thân thiện với môi trường.

Nói một cách ngắn gọn, pin nhiên liệu đóng vai trò như một “nhà máy” sản xuất điện, với nguyên liệu đầu vào là hydro và oxy. Chất lỏng thải ra chỉ là nước và còn sạch hơn nước chảy ra từ vòi rửa trong nhà.

Lý do mà các nhà sản xuất ô tô muốn phát triển xe chạy hydro, ngoài mục đích bảo vệ môi trường, là hiệu quả sinh năng lượng cao gấp 2-3 lần động cơ đốt trong và động cơ điện hiện nay. Hơn nữa, chỉ cần tiếp nhiên liệu (hydro), chứ không phải tốn thời gian nạp điện như ô tô chạy điện.

Công nghệ sản xuất ra hydro hiện cũng khá dễ dàng. Bằng cách điện phân nước, để cho ra hydro và oxy, không làm ô nhiễm môi trường.

Tiềm năng lớn

Toyota là tập đoàn đi đầu trong việc phát triển xe chạy hydro. Nhận thấy hydro là một nguồn năng lương sạch, Toyota đang tích cực phát triển và sản xuất xe sử dụng pin nhiên liệu (FCV).

Toyota Mirai là mẫu xe chạy hydro đầu tiên, được chính thức bán ra thị trường từ tháng 4/2015. Tại Nhật Bản và Mỹ, Mirai có giá khoảng 68.690 USD, tương đương khoảng 1,6 tỷ đồng.

Hiện có khoảng 4.300 chiếc ô tô sử dụng hydro do Toyota sản xuất đang chạy trên đường, trong đó chiếm đa số là mẫu Mirai. Những chiếc xe này có thể vận hành tối đa trong khoảng 500 km, với thời gian nạp nhiên liệu chỉ 3 phút, bằng thời gian đổ xăng cho một chiếc xe thông thường.

Ông Kenji Gondo, Giám đốc Dự án, Phòng kế hoạch xe thế hệ tiếp theo của Toyota Nhật Bản, cho biết, đang nghiên cứu để phát triển mẫu xe thế hệ mới, có thể chạy tới 1.000 km, sau mỗi lần tiếp hydro.

Tại thành phố cảng Yokohama (Nhật Bản), Toyota mới đầu tư một trung tâm sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân nước. Sử dụng nguồn điện gió để điện phân nước, tạo ra hydro. Sau đó, hydro được hóa lỏng, chứa trong các bồn, rồi bơm vào xe ô tô chuyên dụng. Những chiếc xe này sẽ vận chuyển hydro, cung cấp cho những chiếc xe sử dụng pin nhiên liệu.

Hiện nay, để sản xuất 1m3 hydro (khoảng 11 lít hydro lỏng) cần 77 lít nước sạch và 770 kw điện. Tính ra, chi phí 1 lít hydro lỏng có giá thành cao hơn so với 1 lít xăng nhưng không nhiều và có thể chấp nhận được.

Tại Mỹ, các xe chạy hydro tập trung hết ở bang California, nơi có 34 trạm tiếp nhiên liệu hydro.

Tiếp nhiên liệu hydro từ xe chuyên dụng cho xe nâng

Vấn đề khó khăn hiện nay khiến xe chạy hydro chưa phát triển được rộng rãi là thiếu các trạm tiếp nhiên liệu. Đầu tư cho 1 trạm tiếp nhiên liệu hydro rất tốn kém, chi phí hết khoảng 2 triệu USD. Việc phát triển và tiêu thụ các mẫu xe chạy pin nhiên liệu sẽ tiếp tục gặp trở ngại, cho tới khi các trạm tiếp nhiên liệu được triển khai rộng rãi hơn.

Bên cạnh đó, để hóa lỏng hydro cũng khá phức tạp. Phải làm lạnh ở -230 độ C, sau đó nén dưới áp suất lớn. Vì vậy, hệ thống bình chứa đòi hỏi phải được làm bằng những vật liệu bền và công nghệ cao, khiến chi phí tăng. Để có được bình giữ hydro lỏng trên mỗi ô tô, hay các trạm tiếp nhiên liệu đảm bảo an toàn, cũng là vấn đề không đơn giản.

Tuy nhiên, các nhà sản xuất vẫn tin tưởng, xe chạy hydro sẽ có tương lai sáng sủa. Tiềm năng của pin nhiên liệu là rất lớn, không chỉ sử dụng cho mỗi ô tô. Hầu như không có thị trường năng lượng nào mà pin nhiên liệu không thể đặt chân vào, do vậy pin nhiên liệu được đánh giá là thị trường trị giá hàng nghìn tỷ USD.

Hơn nữa, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất hydro, bình chứa,... sẽ ngày càng nâng cao, nhờ đó chi phí sẽ giảm, giúp xe chạy hydro sớm được phổ biến rộng rãi.

Ông Kenji Gondo cho hay, tới năm 2030, ô tô chạy bằng hydro sẽ rất phổ biến do giá thành hạ và số lượng các trạm tiếp nhiên liệu tăng nhanh. Hiện nay, các nhà sản xuất đang đẩy mạnh hợp tác với các chính phủ và các công ty năng lượng để phát triển ô tô chạy hydro và các trạm tiếp nhiên liệu hydro.

Xu hướng sản xuất các loại xe sạch, thay thế cho xe xăng truyền thống là không thể đảo ngược. Xe chạy hydro rất có tương lai bởi nó vừa sạch, vừa có công suất lớn, lại giữ được thời gian tiếp nhiên liệu của xe chạy xăng, ông Kenji Gondo nói.