Xe điện và xe hybrid đang trở nên phổ biến hơn, một phần vì chúng giúp giảm lượng khí thải carbon. Nhưng đây không phải là lựa chọn duy nhất để lái xe thân thiện hơn với môi trường. Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro nghe có vẻ giống như một thứ gì đó trong khoa học viễn tưởng, nhưng những phương tiện này đã tồn tại lâu hơn bạn nghĩ. Nếu bạn quan tâm đến một giải pháp thay thế khác cho động cơ đốt trong, đây là cách chúng hoạt động.
Cách thức hoạt động của pin nhiên liệu hydro
Xe chạy bằng hydro là một loại xe điện sử dụng pin nhiên liệu thay vì pin lithium-ion để cung cấp năng lượng cho động cơ; chúng không đốt cháy nhiên liệu như xe chạy xăng. Giống như ô tô điện, ô tô chạy bằng hydro không tạo ra khí thải độc hại – sản phẩm phụ duy nhất là hơi nước. Vì đây là những chiếc xe điện, bạn cũng sẽ nghe thấy chúng được gọi là xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV).
Pin nhiên liệu có thiết kế tương tự như pin lithium-ion: chúng có cực dương, cực âm và chất xúc tác kích hoạt giải phóng các electron và proton từ khí hydro được bơm vào. Giống như các tế bào lithium-ion trong pin ô tô điện, ô tô chạy bằng hydro có nhiều pin nhiên liệu hoạt động đồng thời để tạo ra điện. Bộ tế bào này được gọi là pin nhiên liệu hydro.
Hydro từ bình nhiên liệu trên xe ô tô kết hợp với oxy bên trong ngăn xếp pin nhiên liệu để tạo ra điện thông qua một quá trình được gọi là điện phân ngược. Các electron được tách ra khỏi khí hydro, được gửi xuống mạch để cung cấp năng lượng cho động cơ và kết hợp với oxy ở phía bên kia của mạch để tạo thành hơi nước, hơi nước được thải ra ngoài qua ống xả của ô tô.
Bình hydro, pin và động cơ điện hoạt động cùng nhau để cung cấp năng lượng cho FCEV. (Ảnh: BMW)
Điện được tạo ra bởi pin nhiên liệu hydro có thể đi theo hai cách (mở ra trong một cửa sổ mới), tùy thuộc vào tình huống. Năng lượng cung cấp năng lượng trực tiếp cho động cơ điện hoặc sạc pin lithium-ion nhỏ giúp cung cấp năng lượng cho động cơ và có thể lưu trữ năng lượng để sử dụng sau này. Loại pin này cũng lấy năng lượng từ hệ thống phanh tái tạo của xe để sử dụng sau này và tích trữ năng lượng dư thừa từ bộ pin nhiên liệu trong quá trình lái xe với công suất thấp. Nếu có nhiều yêu cầu hơn đối với động cơ, pin sẽ được giải cứu.
Tiếp nhiên liệu và dự trữ năng lượng
Xe chạy pin nhiên liệu Toyota Mirai có phạm vi hoạt động 402 dặm (Ảnh: Toyota)
Đổ đầy bình hydro FCEV nhanh như đổ đầy một chiếc xe chạy xăng và đây là một trong những ưu điểm chính của xe chạy bằng hydro so với xe chạy bằng pin. Bạn chỉ cần đến một trạm xăng, nối một ống mềm và bình sẽ đầy trong khoảng năm phút.
Một FCEV có thể chở nhiều bình hydro trên tàu. Vì hydro có thể rất dễ cháy (Mở trong cửa sổ mới) nếu được xử lý sai, các thùng nhiên liệu này được thử nghiệm thành dày, có áp suất và va chạm. Chiếc xe cũng được tích hợp các thiết bị an toàn cho sự cố cho phép hydro phân tán và giải phóng nếu pin nhiên liệu bị tháo hoặc quá nóng.
Một lợi ích khác của xe chạy hydro so với xe điện chạy bằng pin tại thời điểm viết bài này là tầm hoạt động xa hơn. Theo Cơ quan California, FCEV có thể di chuyển từ 300 đến 400 dặm trước khi cần được tiếp nhiên liệu. Drive Clean Initiative (Mở trong cửa sổ mới). Mặt khác, xe điện chạy hoàn toàn bằng pin có phạm vi EV trung bình khoảng 250 km (Mở cửa sổ mới) tại thời điểm viết bài này.
Các vấn đề của xe chạy pin nhiên liệu
Trạm nạp hydro True Zero (Ảnh: True Zero)
Nhanh chóng đổ xăng, điện và sản phẩm phụ duy nhất là nước, nghe có vẻ giống như một chiếc xe hoàn hảo thân thiện với môi trường, phải không? Vâng, nó có thể được, nhưng không giống như EV, FCEV chưa tồn tại.
Thứ nhất, mặc dù có phạm vi hoạt động xa hơn xe điện nhưng FCEV lại đắt hơn để tiếp nhiên liệu, một phần là do sản xuất hydro quá đắt. Nó có thể là nguyên tố dồi dào nhất trên hành tinh, nhưng việc tinh chế nó thành một dạng có thể cung cấp năng lượng cho một chiếc xe thì cần nhiều nỗ lực và nỗ lực đó được phản ánh trong giá thành của xe tăng.
Cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu của FCEV hiện cũng đang thiếu trầm trọng. Có ít hơn 400 trạm nạp FCEV (mở trong một cửa sổ mới) trên toàn thế giới, mặc dù các nỗ lực đang được thực hiện để xây dựng thêm các trạm; Mỹ đặt mục tiêu sẽ có 1.000 kết nối mạng vào năm 2030. Tuy nhiên, đây là số lượng trạm nạp hydro ít hơn nhiều so với các cổng sạc xe điện, trong đó có khoảng 110.000 trạm ở Mỹ (Mở cửa mới) tính đến tháng 9 năm 2021.
Một vấn đề khác mà FCEV phải đối mặt là mặc dù bản thân chúng có thể hoạt động không phát thải, nhưng các nhà máy sản xuất nhiên liệu hydro thường làm như vậy bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch trong một quá trình gọi là cải cách hơi nước (Mở trong một cửa sổ mới). Nếu điều này tiếp tục, FCEV sẽ không đóng góp được nhiều cho môi trường và chúng không thể được gọi là phương tiện không phát thải.
Các Quy trình Thay thế (Mở trong một cửa sổ mới) đang nghiên cứu quá trình điện phân nước, sử dụng một nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời để tạo ra điện có thể được sử dụng để tách hydro khỏi nước.
Được giới thiệu bởi các biên tập viên của chúng tôi
FCEV so với EV
Ford Mustang Mach-E, một mẫu xe điện chạy bằng pin (Ảnh: Ford)
Xe chạy bằng hydro có rất nhiều điểm chung với các loại xe chạy bằng pin như Ford Mustang Mach-E (ở trên) và Tesla Model 3. Cả xe điện chạy bằng pin và FCEV đều sử dụng điện thay vì nhiên liệu dễ cháy và chúng đều có động cơ điện và- bảng pin. và không thải ra khí độc hại. Sự khác biệt phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng, nhiên liệu và tính khả dụng.
Xe điện chạy bằng pin có cơ sở hạ tầng sạc công cộng mạnh mẽ hơn so với xe chạy bằng hydro. Mặc dù chúng vẫn chưa phổ biến như các trạm xăng, nhưng hiện có hàng nghìn địa điểm sạc xe điện trên khắp nước Mỹ. Trong khi đó, tất cả các trạm nạp hydro ở Mỹ đều được đặt tại California (Mở cửa sổ mới), vì vậy việc di chuyển đường dài là điều không cần bàn cãi.
Cũng nên xem xét chi phí tiếp nhiên liệu. Vì hiện nay việc sản xuất khí hydro cho FCEV đang đắt hơn nên việc tiếp nhiên liệu cho FCEV của bạn đắt hơn so với việc nạp nhiên liệu cho xe điện. Tuy nhiên, một chiếc ô tô chạy bằng hydro có thể được tiếp nhiên liệu nhanh hơn nhiều lần so với một chiếc ô tô điện và có thể tích trữ lượng điện dư thừa trong pin, cho phép nó sạc lại khi đang lái xe. Ngược lại, các loại xe điện chạy bằng pin phải được kết nối với lưới điện để phục hồi phần lớn năng lượng của chúng.
Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu Hyundai Nexo đã có mặt trên thị trường từ năm 2019. (Ảnh: Hyundai)
Tất nhiên, vấn đề lớn nhất là FCEV vẫn chưa được phổ biến rộng rãi ở Mỹ. Chỉ một số nhà sản xuất bán chúng cho công chúng; Toyota Mirai và Hyundai Nexo hiện là những cái tên phổ biến nhất trong cuộc đua.
Bất chấp những hạn chế liên quan đến hydro, các quốc gia trên thế giới đang coi nó như một nguồn năng lượng thay thế khả thi cho mọi thứ, từ ô tô, xe buýt đến máy bay (mở ra trong một cửa sổ mới). Nếu chúng ta có thể tìm ra một cách hiệu quả về chi phí để làm cho việc sản xuất hydro trở nên xanh hơn và xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết cho việc tiếp nhiên liệu, FCEV có thể có nghĩa là một bước tiến nhảy vọt cho giao thông sạch.
