Xe chạy bằng hydro: Công nghệ, Ưu điểm & Thách thức

Chúng ta thường nghe về xe điện pin (BEV) như giải pháp giao thông xanh cho tương lai. Tuy nhiên, có một công nghệ không phát thải khác cũng đang được quan tâm, đó là xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro. Những chiếc xe này chỉ thải ra hơi nước trong quá trình hoạt động, mang đến một lựa chọn thân thiện hơn với môi trường. Dù có liên quan đến xe điện, xe pin nhiên liệu hydro (HFCV) sở hữu những đặc điểm độc đáo và hiện vẫn chưa phổ biến trên đường phố như xe điện pin.

Những mẫu xe chạy bằng hydro đang được quan tâm

Thị trường xe chạy bằng hydro tuy còn nhỏ nhưng đã ghi nhận sự xuất hiện của một vài mẫu xe đáng chú ý. Từ năm 2015, ba hãng xe lớn đã giới thiệu các sản phẩm HFCV của mình: Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Nexo SUV và Toyota Mirai. Trong số này, Honda đã dừng sản xuất dòng Clarity, trong khi Hyundai Nexo cũng có số lượng bán ra khá hạn chế trong nhiều năm qua.

Toyota Mirai được xem là mẫu xe chạy bằng hydro bán chạy nhất tại một số thị trường trọng điểm như Mỹ. Điều này cho thấy tiềm năng nhất định của công nghệ này, dù hạ tầng hỗ trợ vẫn còn là một thách thức lớn. Sự phát triển của các mẫu xe thương mại là bước đệm quan trọng để đưa xe pin nhiên liệu hydro đến gần hơn với người tiêu dùng.

Trong năm nay, Honda tiếp tục thể hiện sự quan tâm đến công nghệ hydro với việc ra mắt Honda CR-V e:FCEV. Đây là phiên bản cải tiến từ mẫu crossover CR-V quen thuộc, kết hợp cả hệ thống pin nhiên liệu hydro và một bộ pin lớn có thể cắm sạc. Sự kết hợp này không chỉ cung cấp phạm vi di chuyển khoảng 380 km từ hydro mà còn bổ sung thêm khoảng 50 km từ pin sạc, nâng tổng quãng đường hoạt động lên đáng kể và mang lại sự linh hoạt hơn cho người dùng. Honda dự kiến sản xuất khoảng 300 chiếc mẫu xe này mỗi năm.

Tìm hiểu công nghệ xe pin nhiên liệu hydro (HFCV)

Xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro (HFCV) sử dụng mô tơ điện để dẫn động bánh xe, tương tự như xe điện pin. Tuy nhiên, điểm khác biệt cốt lõi nằm ở nguồn cung cấp năng lượng. Thay vì lấy năng lượng từ một bộ pin lớn sạc ngoài, xe pin nhiên liệu hydro được cung cấp năng lượng bởi một ngăn xếp pin nhiên liệu.

Pin nhiên liệu hydro hoạt động ra sao?

Trong ngăn xếp pin nhiên liệu, khí hydro tinh khiết (H2) được đưa vào một bên và khí oxy (O2) từ không khí được đưa vào bên còn lại. Hai luồng khí này gặp nhau tại một màng trao đổi proton (PEM). Tại đây, các nguyên tử hydro bị tách thành proton và electron. Proton di chuyển qua màng, trong khi electron phải đi theo một mạch ngoài để tạo ra dòng điện. Dòng điện này sau đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho mô tơ điện làm quay bánh xe. Cuối cùng, các proton, electron và oxy kết hợp lại để tạo thành nước (H2O) và thoát ra ngoài dưới dạng hơi nước qua ống xả. Quá trình này diễn ra liên tục miễn là có hydro và oxy được cung cấp.

<>Xem Thêm Bài Viết:<>

• Phụ Tùng Ô Tô Xe Captiva Chính Hãng: Hướng Dẫn Toàn Diện
• Tìm hiểu Xe Ô Tô SUV 5 Chỗ: Ưu điểm và Lựa chọn Toyota Raize
• Phụ Tùng Ô Tô Xe Bus Chính Hãng: Đảm Bảo Vận Hành Bền Bỉ
• Những Đặc Điểm Của Nghề Lái Xe Ô Tô Bạn Cần Biết
• Bảo dưỡng xe ô tô 30000km: Hạng mục và quy trình

Hydro – Chất mang năng lượng

Từ góc độ khoa học, hydro được coi là chất mang năng lượng chứ không phải nhiên liệu theo nghĩa truyền thống. Điều này là do hydro hiếm khi tồn tại ở dạng nguyên chất (H2) trong tự nhiên. Nó thường liên kết với các nguyên tố khác, như trong nước (H2O) hoặc khí tự nhiên (CH4). Để thu được hydro tinh khiết cho mục đích sử dụng trong xe cộ, cần phải sử dụng năng lượng để tách hydro ra khỏi các hợp chất này. Ví dụ phổ biến nhất hiện nay là tái tạo hơi nước từ khí tự nhiên, một quá trình tạo ra CO2 như một sản phẩm phụ. Hydro được tạo ra bằng phương pháp này thường được gọi là “hydro xám”. Chỉ khi hydro được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo (như điện gió, mặt trời) thông qua quá trình điện phân nước, nó mới được coi là “hydro xanh” thực sự thân thiện với môi trường.

Trải nghiệm vận hành và phạm vi di chuyển của xe hydro

Trong thực tế sử dụng, người lái xe chạy bằng hydro sẽ thấy trải nghiệm khá tương đồng với việc lái một chiếc xe điện pin. Xe vận hành rất êm ái và yên tĩnh nhờ động cơ điện. Giống như nhiều xe điện, HFCV thường không có hộp số truyền thống và được trang bị hệ thống phanh tái tạo năng lượng, giúp thu hồi một phần năng lượng khi xe giảm tốc.

Sự kết hợp giữa pin nhiên liệu và pin phụ

Một điểm cần lưu ý về pin nhiên liệu hydro là nó hoạt động hiệu quả nhất ở công suất đầu ra tương đối ổn định. Điều này phù hợp cho các ứng dụng cấp nguồn dự phòng, nhưng nhu cầu năng lượng của một chiếc ô tô lại thay đổi rất lớn, từ công suất thấp khi di chuyển ổn định (khoảng 15 kilowatt hay 20 mã lực) đến công suất cao hơn nhiều lần khi tăng tốc (có thể lên tới 10-20 lần mức đó).

Để đáp ứng nhu cầu tăng tốc đột ngột, các nhà sản xuất xe HFCV như Toyota đã bổ sung thêm một bộ pin điện áp cao, dung lượng thấp vào hệ thống. Pin này hoạt động giống như pin trong xe hybrid xăng-điện, cung cấp năng lượng bổ sung cần thiết khi người lái nhấn ga mạnh. Bộ pin phụ này sẽ được sạc lại bởi chính pin nhiên liệu khi xe di chuyển ở tốc độ ổn định hoặc thông qua hệ thống phanh tái tạo.

Các mẫu xe pin nhiên liệu hydro được bán ra trong những năm gần đây thường có phạm vi hoạt động khá ấn tượng, thường từ 480 km trở lên sau mỗi lần nạp đầy. Tuy nhiên, cũng tương tự như xe điện pin, phạm vi này có thể giảm đáng kể nếu xe di chuyển liên tục ở tốc độ cao. Mẫu Honda CR-V e:FCEV mới với bộ pin dung lượng 17.7 kilowatt-giờ hứa hẹn khả năng tăng tốc tốt hơn nhờ sự hỗ trợ mạnh mẽ từ pin, mặc dù trọng lượng xe nặng hơn khoảng 220 kg so với CR-V hybrid thông thường.

Vấn đề an toàn trên các dòng xe chạy bằng hydro

An toàn là một trong những mối quan ngại thường được đặt ra khi nói về xe chạy bằng hydro, chủ yếu do tính dễ cháy của khí hydro. Tuy nhiên, các mẫu HFCV hiện đại được thiết kế với tiêu chuẩn an toàn rất cao. Bình chứa hydro áp suất cao được chế tạo từ vật liệu composite cực kỳ bền chắc, có khả năng chống rò rỉ và thủng ngay cả trong các va chạm mạnh.

Mặc dù thảm họa khí cầu Hindenburg năm 1937 thường được viện dẫn như một ví dụ tiêu cực về hydro, công nghệ lưu trữ và xử lý hydro trên ô tô ngày nay đã hoàn toàn khác biệt. Các bài kiểm tra va chạm cho thấy bình chứa hydro và các đường ống liên quan vẫn giữ nguyên vẹn ngay cả khi phần còn lại của xe bị biến dạng nghiêm trọng. Cho đến nay, trong số lượng xe pin nhiên liệu hydro đã được bán ra, chưa có bất kỳ trường hợp thương tích hoặc tử vong cụ thể nào được ghi nhận liên quan trực tiếp đến các thành phần hệ thống hydro của xe.

Ưu điểm vượt trội của xe pin nhiên liệu hydro

Công nghệ xe chạy bằng hydro mang lại một số ưu điểm đáng chú ý, đặc biệt là trong bối cảnh tìm kiếm các giải pháp giao thông bền vững. Ưu điểm nổi bật nhất chính là khả năng vận hành hoàn toàn không phát thải tại điểm sử dụng. Như đã đề cập, sản phẩm thải ra từ quá trình phản ứng trong pin nhiên liệu chỉ là hơi nước tinh khiết, không gây ô nhiễm không khí đô thị hoặc đóng góp vào hiệu ứng nhà kính (tại điểm hoạt động).

Bên cạnh đó, xe pin nhiên liệu hydro vận hành rất êm ái và yên tĩnh nhờ sử dụng mô tơ điện. Trải nghiệm lái tương đồng với xe điện pin nhưng giải quyết được một trong những nhược điểm lớn nhất của xe điện: thời gian nạp năng lượng. Việc tiếp nhiên liệu hydro cho xe chỉ mất khoảng 5 phút, tương đương với việc đổ xăng cho xe động cơ đốt trong truyền thống, mang lại sự tiện lợi đáng kể cho người dùng, đặc biệt là trong những chuyến đi dài. Phạm vi hoạt động của HFCV sau một lần nạp đầy cũng thường rất tốt, có thể đạt 400-600 km.

Những thách thức chính đối với xe chạy bằng hydro

Mặc dù có nhiều ưu điểm, xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro hiện đang đối mặt với những rào cản lớn khiến chúng chưa thể phổ biến. Thách thức lớn nhất và hiển hiện nhất là hạ tầng trạm tiếp nhiên liệu hydro. Số lượng trạm tiếp hydro trên toàn thế giới vẫn còn rất hạn chế, tập trung chủ yếu ở một vài khu vực nhất định như California (Mỹ), Nhật Bản, Hàn Quốc và một số nước châu Âu. Việc xây dựng mạng lưới trạm tiếp nhiên liệu hydro là một khoản đầu tư khổng lồ và phức tạp hơn nhiều so với việc lắp đặt trạm sạc cho xe điện.

Thách thức thứ hai liên quan đến việc sản xuất hydro. Như đã phân tích, phần lớn hydro hiện nay được sản xuất từ nguồn nhiên liệu hóa thạch (khí tự nhiên), một quá trình vẫn tạo ra CO2. Để xe pin nhiên liệu hydro thực sự là giải pháp xanh, cần phát triển mạnh mẽ công nghệ sản xuất “hydro xanh” từ các nguồn năng lượng tái tạo, điều này hiện tại vẫn còn đắt đỏ và chưa quy mô.

Cuối cùng, chi phí sản xuất xe chạy bằng hydro và hệ thống pin nhiên liệu vẫn còn cao so với xe động cơ đốt trong và xe điện pin, dẫn đến giá bán xe khá đắt đỏ đối với người tiêu dùng. Việc khắc phục những thách thức về hạ tầng, sản xuất hydro sạch và chi phí là yếu tố then chốt quyết định sự thành công của công nghệ xe pin nhiên liệu hydro trong tương lai.

So sánh xe chạy hydro và xe điện pin (BEV)

Xe chạy bằng hydro và xe điện pin đều là những giải pháp di chuyển không phát thải tại điểm sử dụng, nhưng cách hoạt động và những ưu/nhược điểm lại có sự khác biệt rõ rệt. Xe điện pin lưu trữ năng lượng trực tiếp trong bộ pin lớn và cần thời gian để sạc lại từ lưới điện. Thời gian sạc có thể kéo dài từ 30 phút (sạc nhanh) đến vài giờ (sạc thường).

Trong khi đó, xe pin nhiên liệu hydro tạo ra điện năng ngay trên xe thông qua phản ứng hóa học giữa hydro và oxy. Việc nạp năng lượng cho xe hydro là bơm khí hydro vào bình chứa, chỉ mất khoảng 5 phút. Điều này mang lại lợi thế lớn về sự tiện lợi khi di chuyển đường dài. Tuy nhiên, như đã nói, hạ tầng trạm tiếp hydro còn quá ít so với mạng lưới trạm sạc xe điện đang ngày càng phát triển.

Về nguồn năng lượng, hiệu quả từ nguồn đến bánh xe của xe điện pin nhìn chung cao hơn xe chạy bằng hydro. Quá trình sản xuất hydro, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng trong pin nhiên liệu đều có những tổn thất năng lượng. Mặc dù vậy, HFCV lại là lựa chọn hấp dẫn cho các phương tiện cỡ lớn, xe thương mại, hoặc những ứng dụng cần nạp nhiên liệu nhanh và di chuyển quãng đường dài liên tục, nơi mà kích thước và thời gian sạc của pin xe điện trở thành hạn chế.

Tương lai của công nghệ xe hydro trên thế giới

Tương lai của xe chạy bằng hydro vẫn đang được định hình. Mặc dù đối mặt với những rào cản lớn về hạ tầng và sản xuất hydro xanh, công nghệ này vẫn được xem là một phần quan trọng trong bức tranh giao thông năng lượng sạch của tương lai, đặc biệt là cho các ứng dụng chuyên biệt. Các chuyên gia nhận định xe pin nhiên liệu hydro có tiềm năng lớn trong lĩnh vực vận tải hạng nặng (xe tải, xe buýt), tàu hỏa, tàu thủy và thậm chí là hàng không, nơi mà trọng lượng và thời gian nạp/sạc là yếu tố cực kỳ quan trọng.

Nhiều quốc gia và tập đoàn năng lượng đang đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các công nghệ sản xuất “hydro xanh” hiệu quả và kinh tế hơn. Cùng với đó là những nỗ lực xây dựng các hành lang tiếp nhiên liệu hydro chiến lược. Mặc dù xe chạy bằng hydro cho mục đích cá nhân có thể sẽ chậm phổ biến hơn so với xe điện pin, nhưng vai trò của HFCV trong việc khử carbon cho các ngành vận tải khó điện hóa là rất triển vọng. Sự phát triển đồng bộ của cả công nghệ pin nhiên liệu và hạ tầng hydro sạch sẽ là yếu tố quyết định liệu xe pin nhiên liệu hydro có thể trở thành một giải pháp giao thông xanh quan trọng trên quy mô lớn hay không.

Câu hỏi thường gặp về xe chạy bằng hydro

• Xe chạy bằng hydro mất bao lâu để đổ đầy nhiên liệu?
  Thời gian tiếp nhiên liệu cho xe chạy bằng hydro chỉ mất khoảng 5 phút, tương tự như việc đổ xăng cho xe truyền thống.

• Phạm vi hoạt động của xe hydro là bao nhiêu sau một lần nạp đầy?
  Các mẫu xe pin nhiên liệu hydro hiện nay thường có phạm vi hoạt động từ 400 đến 600 km sau mỗi lần nạp đầy, tùy thuộc vào mẫu xe và điều kiện vận hành.

• Khí thải của xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro là gì?
  Sản phẩm thải ra duy nhất từ quá trình hoạt động của xe pin nhiên liệu hydro là hơi nước tinh khiết (H2O).

• Hydro dùng cho xe được sản xuất như thế nào?
  Hiện tại, phần lớn hydro được sản xuất từ khí tự nhiên (gọi là hydro xám), tạo ra khí thải CO2. Hydro xanh, sản xuất từ năng lượng tái tạo qua điện phân nước, là mục tiêu hướng tới để xe hydro thực sự không phát thải.

• Xe hydro có phổ biến ở Việt Nam không?
  Tại Việt Nam, xe chạy bằng hydro hiện tại chưa phổ biến do thiếu hạ tầng trạm tiếp nhiên liệu và chi phí đầu tư còn cao.

• Xe pin nhiên liệu hydro có an toàn không?
  Có. Các bình chứa hydro và hệ thống liên quan trên xe HFCV được thiết kế và kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cao, chống rò rỉ và chịu va đập tốt.

• Chi phí mua xe chạy bằng hydro có cao không?
  Hiện tại, chi phí sản xuất xe pin nhiên liệu hydro và hệ thống liên quan vẫn còn cao, khiến giá bán xe thường đắt hơn so với xe điện pin và xe động cơ đốt trong tương đương.

• Tại sao xe hydro cần có pin phụ?
  Xe hydro cần pin phụ để cung cấp năng lượng bổ sung khi xe cần tăng tốc nhanh hoặc khi nhu cầu năng lượng của xe thay đổi đột ngột, giúp hệ thống pin nhiên liệu hoạt động hiệu quả hơn ở công suất ổn định.

Xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro là một công nghệ đầy tiềm năng trong cuộc đua hướng tới giao thông không phát thải, mang lại những ưu điểm vượt trội về thời gian nạp năng lượng và phạm vi hoạt động. Mặc dù còn đối mặt với những thách thức về hạ tầng và sản xuất hydro sạch, xe pin nhiên liệu hydro vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc đa dạng hóa các giải pháp năng lượng sạch cho tương lai, đặc biệt trong các lĩnh vực vận tải khó điện hóa. Brixton Việt Nam sẽ tiếp tục theo dõi sự phát triển của công nghệ này và cập nhật thông tin đến độc giả.