công nghệ pin nhiên liệu hydro

Khám phá xe dùng công nghệ pin nhiên liệu hydro

Khám phá xe dùng công nghệ pin nhiên liệu hydro

Hiện tại số lượng trạm nạp H2 công cộng vẫn còn hạn chế, phần lớn tập trung ở miền nam Vương Quốc Anh với 3 trạm ở London; một số trạm ở Anh (England), Scotland và xứ Wales.

Khám phá xe dùng công nghệ pin nhiên liệu hydro

Khám phá xe dùng công nghệ pin nhiên liệu hydro

Hiện nay, ô tô chạy nhiên liệu xăng hoặc diesel đã quá quen thuộc với mọi người, còn xe chạy điện hoặc xe công nghệ hybrid cũng dần trở nên phổ biến. Trong khi đó, xe chạy động cơ pin nhiên liệu hydrogen (H2) vẫn còn khá mơ hồ với thị trường.

Ý tưởng về xe có động cơ dùng công nghệ pin nhiên liệu hydrogen vốn xuất hiện được một khoảng thời gian nhất định nhưng chỉ tới gần đây mới thực sự được đi vào sản xuất.

Mặc dù xe chạy xăng và diesel hiện đã được cải tiến về mức độ tiêu hao nhiên liệu và hạn chế khí thải hơn so với trước nhưng chung quy lại vẫn sử dụng nhiên liệu hóa thạch (nguồn tài nguyên có hạn và giờ đang dần cạn kiệt) và vẫn có phát sinh khí thải độc hại. Thậm chí, giờ xe điện đang ngày càng chiếm được ưu thế trên thị trường nhưng công nghệ hiện đại này vẫn gặp phải một vài nhược điểm dẫn tới hạn chế lượng người sử dụng.

Điều đó khiến một số hãng sản xuất xe có hứng thú với công nghệ ô tô mới là động cơ ứng dụng pin nhiên liệu hydrogen nhằm mục tiêu vừa dễ tiếp cận đến khách hàng vừa không gây hại môi trường. Hiện tại, khách hàng đã có thể mua xe có động cơ pin nhiên liệu hydrogen tại Anh: Toyota Mirai; Hyundai ix35 Fuel Cell (tuy nhiên chiếc ix35 chỉ với số lượng có hạn). Còn ở Mỹ có bán chiếc Honda Clarity.

Những chiếc xe này không phát sinh bất cứ khí thải nào, thứ duy nhất tiết ra từ ống xả là nước đơn thuần; ngoài ra so với xe chạy xăng hay diesel thì xe chạy pin nhiên liệu hydrogen vận hành yên tĩnh, không gây tiếng ồn. Thêm vào đó, hydrogen là chất có nhiều nhất trên trái đất.

Xe dùng pin nhiên liệu hydrogen vận hành ra sao?

Dễ hiểu nhất chính là xe chạy pin nhiên liệu hydrogen giống như một chiếc xe điện có khả năng tự sạc đầy ắc quy của xe sau đó điện năng truyền đến motor điện để quay các bánh xe.

Xe có bình chứa hydrogen có thể được nạp đầy hydrogen nén trong vài phút. Khí hydrogen chạy xuyên qua các vách ngăn pin nhiên liệu, gặp khí oxy tạo ra phản ứng hóa học sinh ra điện năng truyền đến ắc quy và motor, và chất tạo thành là nước sẽ rơi xuống rồi theo ống dẫn ra ngoài.

Mỗi một vách ngăn trong pin nhiên liệu về cơ bản là một mạng lưới sợi 3 chiều đặt trong dung dịch gây ra phản ứng hóa học; với một đầu cực điện dương anode và một đầu cực điện âm cathode ở mỗi đầu.

Phân tử hydrogen (H2) nạp vào được phân tách thành các hạt proton và hạt electron trong màng tách; hạt proton kết hợp với không khí để tạo thành nước còn hạt electron được đưa vào ắc quy để tạo thành điện năng khiến bánh xe quay thông qua motor.

Nếu xe chạy ở tốc độ cao, điện năng được sinh ra từ hydrogen có thể truyền trực tiếp tới motor thay vì truyền đến dự trữ ở ắc quy như lúc chạy bình thường. Ngoài ra, không giống như xe chạy thuần điện cần tốn vài giờ để sạc đầy, xe chạy pin nhiên liệu hydrogen có thể được nạp đầy chỉ trong vài phút, điều này sẽ lý tưởng đối với những chuyến hành trình dài.

Tại sao, tương lai, chúng ta không chạy tất cả đều là xe pin nhiên liệu hydrogen?

Một tạp chí ô tô cho biết động cơ pin nhiên liệu hydrogen ứng dụng công nghệ hóa học thông minh và yêu cầu sản xuất kỹ thuật khắt khe nên cũng có một vài nhược điểm. Đầu tiên chính là công nghệ này khá tốn kém nên giá bán sẽ cao; chiếc xe ứng dụng công nghệ này hiện bán trên thị trường Anh là Toyota Mirai có giá 66.000 bảng Anh (gần 2 tỷ VNĐ).

Thứ hai là vấn đề nạp nhiên liệu. Hiện tại mới chỉ có số ít trạm nạp ở Anh bởi hydrogen (H2) khó vận chuyển và khó dự trữ hơn so với nhiên liệu hóa thạch (xăng, diesel…).

Những vấn đề cần đối mặt này cũng dễ hiểu, nhưng chúng ta cần dũng cảm đối mặt, tìm cách xử lý để mở đường cho tương lai bằng cách xây dựng cơ sở hạ tầng.

Một vấn đề lớn hơn cần giải quyết đó là khí H2 bởi dù trữ lượng lớn trên bề mặt trái đất, chiếm một phần triệu trong bầu khí quyển bao la nhưng H2 phần lớn lại tồn tại ở dạng hợp chất như nước (H2O) và trong dầu thô.

Điều đó đòi hỏi cần có phương án sản xuất nhiên liệu hydrogen theo phương thức công nghiệp hóa, và phù hợp chiến lược thương mại của thị trường… nhưng 95% H2 lại được sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Tức là cần phải đốt cháy dầu, gas, than… để có thể thu được H2.

Vì vậy, cho đến khi việc sản xuất H2 được diễn ra trên quy mô rộng lớn nhằm bảo vệ môi trường thì chỉ còn hai phương án lúc này: 1) vẫn tiếp tục chạy xăng và diesel trực tiếp cho xe; 2) dùng điện đơn thuần từ trạm sạc để sạc cho ắc quy xe điện.

Trước mắt, phương án của Honda là phát triển các trạm sạc H2 nhỏ dùng cho hộ gia đình vận hành bởi năng lượng mặt trời, song song với các trạm sạc quy mô lớn vận hành từ rác thải hoặc các loại sinh vật hữu cơ. Những chiến lược quy mô nhỏ này sẽ dần giúp công nghệ hydrogen có chỗ đứng vững chắc hơn để chờ đến khi có phương pháp sản xuất số lượng lớn.

Chúng ta có thể khẳng định chắc chắn rằng xe công nghệ pin nhiên liệu hydrogen và xe điện sẽ giúp cải thiện, hạn chế chi phí phát sinh trong quá trình sử dụng xe và bảo vệ môi trường trong tương lai.

Còn vấn đề nào khác nữa hay không?

Câu trả lời là còn.

H2 chứa lượng năng lượng thấp hơn so với xăng và diesel, nghĩa là cùng tốn một lượng như nhau nhưng năng lượng do xăng và diesel sinh ra sẽ được nhiều hơn H2. Chính vì thế cần nén H2 lại.

Nén có nghĩa là bình chứa H2 của xe phải được thiết kế khỏe, có khả năng chịu được lực nén lớn: đơn cử như bình chứa của chiếc Toyota Mirai chứa H2 ở áp suất 10.000 psi (pound lực trên inch vuông – psi; 1 psi = 70,307×10−3 atmosphere), cao hơn 300 lần áp suất lốp xe, cao hơn 700 lần so với trọng lực).

Ngoài ra còn có vấn đề dễ cháy bởi H2 nguyên chất rất bén lửa. Tuy không an toàn nhưng khi H2 bị rò rỉ sẽ ngay lập tức bay lên khí quyển. Có thể so sánh với khi khách hàng đi đổ xăng cho xe sẽ thấy những gợn khí lởn vởn quanh miệng bình xăng, đó chính là xăng đang bốc hơi, cũng rất dễ cháy. Vậy thì nguy cơ cháy ngang với xăng nhưng bốc hơi nhanh hơn nên xăng sẽ nguy hiểm hơn H2.

Cuối cùng, chính là chi phí dành để nghiên cứu phát triển một chiếc xe dùng động cơ pin nhiên liệu H2 là khá tốn kém bởi pin nhiên liệu chế tạo phức tạp. Toyota đã phải dành hơn 2 thập kỷ để hoàn thiện chiếc xe của mình. Vỏ bình chứa của chiếc Mirai bằng sợi carbon có thể chịu được áp suất cao hơn 200% so với bình xăng thông thường, và thậm chí giữ gần như nguyên trạng khi bị bắn bằng sung trường tăng lực trong các thí nghiệm do kỹ sư của Toyota tiến hành. Được biết, mới đây, Toyota và Shell hợp tác xây dựng các trạm tiếp nhiên liệu hydro.

Vậy có thể mua H2 ở đâu?

Nhiều trạm đang được lên kế hoạch xây dựng nhưng còn phụ thuộc vào số lượng xe chạy trên đường. Vậy thì vấn đề ở đây lại quy thành “trứng có trước hay gà có trước”.

Giá thành của H2 là bao nhiêu?

Hiển nhiên giá bán thường sẽ do đơn vị kinh doanh thỏa thuận nhưng có thể dự đoán rơi ở mức 10 – 15 bảng Anh/kg H2 (khoảng 200.000 – 400.000 VNĐ). Lấy ví dụ như chiếc Mirai của Toyota, bình chứa được 5kg H2 nên mỗi lần nạp đầy H2 tốn 50-75 bảng Anh. Nhưng theo như Toyota, mức chi phí này đạt mức chỉ số 60mpg.

Ai được khuyên nên mua xe chạy H2?

Nếu khách hàng mua xe cá nhân thì hợp lý hơn là mua một loạt xe cho nhu cầu sử dụng của một nhóm lớn ví dụ như công ty có xu hướng mua xe theo tiêu chí bảo vệ môi trường không chỉ bởi vấn đề công nghệ và chi phí nhiên liệu tốn kém mà còn phải xây dựng cơ sở hạ tầng riêng cho trạm nạp.

Dù hiện tại mới chỉ có Mirai của Toyota là được bán rộng rãi nhưng sắp tới khi cơ sở hạ tầng được xây dựng phát triển thì phân khúc xe này sẽ có ý nghĩa lớn trong công nghệ tương lai, bảo vệ môi trường.

Theo banxehoi.com