Xe chạy bằng hydro hoạt động thế nào?

Điều đầu tiên cần phải khẳng định: xe chạy bằng hydro cũng là một loại xe điện. Chúng ta có xu hướng cho rằng chỉ những xe chạy bằng pin sạc mới là xe điện. Thực tế, xe hydro hoạt động bằng nhiên liệu khí, nhưng thứ năng lượng mà chúng tạo ra để bánh xe quay lại là điện.

Khi chúng ta nói về những chiếc xe điện, đó sẽ là tập hợp của xe plug-in hybrid, hybrid, pin điện. Còn một loại nữa là xe điện chạy bằng pin nhiên liệu. Nhưng một pin nhiên liệu thì khác xa một cục pin. Cục pin lithium-ion nặng nề bên trong chiếc Tesla Model S lưu trữ năng lượng như một dòng điện chạy qua giữa một a-nốt và một ca-tốt.

Pin nhiên liệu thì khác. Chúng sinh ra điện bằng cách tạo những phản ứng điện hóa học giữa nhiên liệu (thường là hydro) và oxy trong không khí. Trong quá trình phản ứng, hydro và oxy kết hợp để tạo ra năng lượng điện và nước vô hại. Nếu phản ứng hóa học ban đầu đó đủ lớn, năng lượng giải phóng sẽ giúp xe di chuyển.

Sự kết hợp giữa cơ khí và hóa học này tương tự phản ứng hydro-oxy xảy ra trong động cơ tên lửa. Đối với ô tô, năng lượng tạo ra sẽ chạy qua một pin nhiên liệu và biến đổi thành điện năng thay vì một vụ nổ. Ở cả hai trường hợp đều không tạo ra sự phát thải độc hại nào, đây chính là lý do để kỳ vọng các pin nhiên liệu là nguồn năng lượng tuyệt vời cho xe hơi tương lai.

Trên thế giới đã có xe hydro chưa?

Cho đến nay, đã có khoảng 2,5 triệu xe điện 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 đều 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.

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 chạy bằng hydro tiếp nhiên liệu ra sao?

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 chạy bằng pin nhiên liệu hydro (viết tắt là 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.

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 chính là trở ngại cho lái xe mỗi lần tiếp nhiên liệu. Hơn nữa, các trạm cung cấp hydro hiện tại, như ở Mỹ, 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. 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.

Chi phí nhiên liệu hydro có đắt không?

Nhiên liệu hydro là một mặt hàng chuyên biệt, mạng lưới các trạm bán lẻ nhỏ đương nhiên tính giá cao. Tại Mỹ, 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.

Xe hydro chạy được nhanh không, quãng đường bao xa?

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.

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.

Từ chiến lược phát triển năng lượng hydrogen, nghĩ về xe hydro ở Việt Nam

Bộ Công Thương mới đây đã tổ chức Hội nghị triển khai Chiến lược phát triển năng lượng hydrogen tại Việt Nam. Chiến lược đề ra mục tiêu tổng quát là phát triển hệ sinh thái năng lượng hydrogen bao gồm sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và sử dụng hydrogen với hạ tầng đồng bộ, hiện đại, dựa trên năng lượng tái tạo, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, thực hiện mục tiêu quốc gia về biến đổi khí hậu, tăng trưởng xanh và mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050.

Chiến lược cũng đặt mục tiêu giai đoạn đến năm 2030 triển khai áp dụng công nghệ tiên tiến trên thế giới trong sản xuất năng lượng hydrogen xanh và các công nghệ sản xuất năng lượng hydrogen từ các nguồn nhiên liệu khác có sử dụng CCS/CCUS tại Việt Nam. Dự kiến công suất sản xuất hydrogen từ quá trình sử dụng năng lượng tái tạo và các quá trình khác có thu giữ các-bon đạt khoảng 100 - 500 nghìn tấn/năm vào năm 2030.

Như vậy, nếu mục tiêu sản xuất, sử dụng, tồn trữ, vận chuyển và phân phối năng lượng hydrogen trở thành hiện thực, thì việc các nhà sản xuất ô tô đưa sản phẩm xe chạy bằng hydro vào Việt Nam là hoàn toàn khả thi. Bởi khi đó họ sẽ được hưởng các chính sách ưu đãi từ Chính phủ, hạ tầng cho các trạm tiếp nhiên liệu cũng sẽ được dần dần xây dựng. Nguồn nhiên liệu cho xe chạy hydro đủ cung ứng để không còn đắt đỏ như hiện tại.

Keith Wipke, giám đốc chương trình thử nghiệm các công nghệ hydro và pin nhiên liệu tại phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ dự đoán rằng: “Chỉ một vài thập kỷ nữa thôi, các trạm hydro và xe hydro sẽ có tương lai tươi đẹp ở mọi nơi, không chỉ riêng nước Mỹ”.