Động cơ quay có thể giúp đưa hydro trở thành nhiên liệu chính thống trong giao thông vận tải không?
Ngày 12 tháng 11 năm 2024
Hydro là nguồn năng lượng “sạch” thu hút hàng tỷ đô la tài trợ công và tư mỗi năm. Chính phủ Hoa Kỳ đã tạo ra nhiều chương trình để kích thích sản xuất và sử dụng, dẫn đến sự tăng trưởng ổn định về sự quan tâm và đầu tư. Và Hoa Kỳ cùng các quốc gia khác rõ ràng có công nghệ và tài nguyên thiên nhiên để sản xuất nhiều hydro.
Trên hết, hydro từ lâu đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, chẳng hạn như lọc dầu, sản xuất metanol và sản xuất amoniac - và các ứng dụng xử lý hóa chất truyền thống đó vẫn tiếp tục tăng trưởng đều đặn.
Nhưng - để hydro thực sự trở thành xu hướng chính - nó sẽ phải đóng vai trò lớn trong giao thông vận tải và ngay cả với tất cả các khoản đầu tư hiện đang diễn ra, tương lai đó dường như vẫn còn rất xa vời.
Tiềm năng và thách thức của hydro như một loại nhiên liệu vận tải
Hydro thu hút sự chú ý như một loại nhiên liệu vận tải có khả năng hấp dẫn vì hai đặc tính chính:
Nó có mật độ năng lượng cao hơn nhiên liệu hóa thạch, vốn đã có mật độ năng lượng cao hơn tới 100 lần so với các loại pin tốt nhất trên thị trường.
Nó đốt cháy sạch, với ít khí thải hoặc sản phẩm phụ ngoài nước. Nếu được sản xuất sạch (tức là sử dụng năng lượng điện tái tạo để thủy phân nước hoặc từ khí tự nhiên với khả năng thu giữ carbon hiệu quả), hydro có thể có lượng khí thải carbon rất thấp.
Nhưng những nhược điểm hiện tại là rất đáng kể. Hydro là một phân tử nhỏ và rất dễ phản ứng, và nó cần thiết bị chuyên dụng để vận chuyển và lưu trữ an toàn nhằm ngăn ngừa thất thoát nhiên liệu khi sôi, rò rỉ nguy hiểm và làm giòn vật liệu.
Ngoài sản xuất và lưu trữ, còn có những nhược điểm khác. Động cơ piston - thiết bị tiết kiệm chi phí phổ biến để chuyển đổi năng lượng nhiên liệu thành công việc cơ học - không phù hợp để đốt cháy hydro. Điểm nóng làm tăng nguy cơ đánh lửa sớm và động cơ gõ, và tốc độ ngọn lửa nhanh hơn có thể gây ra các vấn đề về độ tin cậy. Ở dạng khí, hydro có mật độ thể tích thấp, nghĩa là có nhiều không khí bị thay thế, để lại ít oxy hơn và làm giảm mật độ công suất tổng thể và có khả năng làm giảm hiệu suất.
Với những thách thức đó, "hydro chủ đạo trong giao thông vận tải" khó có thể liên quan đến các thiết kế động cơ piston ô tô hiện có. Điều đó khiến các nhà sản xuất ô tô thử nghiệm và quảng bá Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV), sử dụng pin nhiên liệu hydro trên xe để cung cấp năng lượng cho động cơ đẩy điện, giống như những gì bạn có thể thấy trong xe tải của Hyvia hoặc Toyota Mirai.
Tuy nhiên, bản thân pin nhiên liệu hydro có nhiều hạn chế. Lưu ý, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho biết chúng không bền bằng động cơ đốt trong, với độ bền chỉ bằng 50 phần trăm so với độ bền cần thiết để áp dụng thương mại.
Tại sao động cơ quay là tương lai di chuyển của hydro
Như đã lưu ý ở trên, nhu cầu về một cách an toàn, rẻ tiền và đáng tin cậy để biến hydro thành động cơ đẩy là rất quan trọng. Động cơ piston không thể dễ dàng thực hiện được điều đó và pin nhiên liệu thì đắt tiền và không đáng tin cậy. Vậy, có những cải tiến chuyển đổi hydro thành năng lượng nào khác có thể được sản xuất hàng loạt cho mục đích vận tải và các ứng dụng phân phối và di động chính thống khác không?
Câu trả lời là có. Cụ thể hơn, câu trả lời là động cơ quay. Động cơ quay vượt trội hơn động cơ piston trong việc đốt cháy các nhiên liệu có phản ứng cao như hydro và các nhà sản xuất cũng như những người ủng hộ hydro nên hỗ trợ các cải tiến trong lĩnh vực này.
Động cơ quay chủ lực của công ty tôi, X-Engine, đã đốt cháy thành công hydro dạng khí để cung cấp năng lượng cho xe go-kart hybrid-điện (trên thực tế, với thiết kế "Wankel đảo ngược", động cơ có thể đốt cháy hầu hết mọi thứ một cách hiệu quả, thậm chí cả rượu vodka). Lộ trình phát triển của chúng tôi bao gồm cân bằng động cơ của các thành phần nhà máy và các hệ thống phụ được tối ưu hóa để lưu trữ, phun và xử lý hydro.
Tóm lại, tương lai di chuyển bằng năng lượng hydro về mặt kỹ thuật là rất khả thi với cải tiến động cơ đốt trong hiện tại, đặc biệt là trong động cơ quay. Giả sử rằng những thách thức về cơ sở hạ tầng phân phối và lưu trữ được khắc phục để hỗ trợ thị trường hydro nói chung, có lẽ một ngày nào đó trong tương lai không xa, chúng ta sẽ thấy nhiều phương tiện chạy bằng hydro, từ xe chở gia đình đến máy bay được chọn.
Per Suneby là giám đốc kiêm phó chủ tịch cấp cao phụ trách phát triển doanh nghiệp của LiquidPiston, một nhà phát triển hàng đầu về động cơ đốt trong và các giải pháp năng lượng hybrid có khả năng mở rộng, nhỏ gọn và có khả năng sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc nhiên liệu tái tạo hiệu quả.
