Hành trình hydro hóa giao thông hạng nặng của Nhật Bản: từ nghiên cứu đến thương mại hóa
ngày 30 tháng 8 năm 2026
Annie Nguyễn
Khác với xu hướng điện khí hóa thuần túy, Nhật Bản đang theo đuổi một chiến lược đa dạng hóa nguồn năng lượng cho giao thông hạng nặng, trong đó hydro đóng vai trò then chốt. Từ đường sắt, hàng không đến vận tải biển, các dự án hydro đang lần lượt chuyển từ giai đoạn nghiên cứu và trình diễn sang thương mại hóa, đặt nền móng cho một hệ thống giao thông ít carbon trong tương lai.
Đường sắt: HYBARI mở đường cho kỷ nguyên tàu hydro
JR East đang dẫn đầu cuộc cách mạng hydro trong ngành đường sắt Nhật Bản với dự án tàu hybrid hydro HYBARI (FV-E991系), dự kiến bắt đầu vận hành thương mại vào cuối năm tài khóa 2027. Đây sẽ là tàu khách chạy hydro thương mại đầu tiên của Nhật Bản.
HYBARI được phát triển thông qua sự hợp tác giữa JR East, Hitachi và Toyota, kết hợp công nghệ đường sắt với hệ thống pin nhiên liệu từ xe Mirai của Toyota. Tàu vận hành với cơ chế hybrid: hydro được lưu trữ trong các bồn chứa áp suất cao (35 MPa) phản ứng với oxy trong không khí để tạo ra điện, kết hợp với pin lưu trữ năng lượng tái tạo từ phanh.
Hành trình phát triển của HYBARI bắt đầu từ năm 2022 với các cuộc thử nghiệm thực tế trên tuyến Nambu và Tsurumi. Qua ba năm thử nghiệm, JR East đã xác nhận hiệu suất vận hành và độ ổn định của hệ thống trong điều kiện thực tế. Dựa trên dữ liệu thu thập được, công ty sẽ cải tạo tàu thử nghiệm thành phiên bản thương mại, dự kiến chạy trên tuyến Tsurumi và đoạn Shitte–Hamakawasaki của tuyến Nambu.
Tuy nhiên, HYBARI vẫn còn những hạn chế. Với mỗi lần nạp hydro áp suất 35 MPa, tàu có thể di chuyển khoảng 70 km. Con số này thấp hơn so với tầm hoạt động 140 km trong các thử nghiệm trước đó (với áp suất 70 MPa), khiến HYBARI chỉ phù hợp với các tuyến đô thị ngắn.
Để giải quyết hạn chế này, JR East đã bắt tay vào phát triển thế hệ tàu hydro tiếp theo. Thế hệ mới sẽ sử dụng bồn chứa 70 MPa lần đầu tiên trên thế giới, mục tiêu đạt tầm hoạt động từ 300–500 km, tương đương tàu diesel, và có khả năng vận hành trên địa hình đồi dốc. Dự kiến thương mại hóa từ cuối năm tài khóa 2030.
Mục tiêu dài hạn của JR East là đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Dự kiến thay thế khoảng 440 đầu máy diesel có thể cắt giảm 60.000 tấn CO2 mỗi năm.
Hàng không: tham vọng máy bay hydro và bài học từ quá khứ
Trong lĩnh vực hàng không, chính phủ Nhật Bản đang đặt cược lớn vào hydro với chương trình "Thế hệ máy bay tiếp theo" do NEDO (Tổ chức Phát triển Năng lượng và Công nghệ Công nghiệp Mới) dẫn dắt, với ngân sách khoảng 51,1 tỷ yen (342 triệu USD).
Về công nghệ động cơ và lưu trữ, Tập đoàn Kawasaki Heavy Industries dẫn đầu nghiên cứu phát triển động cơ đốt hydro chuyên dụng, với mục tiêu giảm phát thải NOx xuống mức thấp hơn so với động cơ nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Song song đó, công ty đang phát triển bồn chứa nhiên liệu hydro lỏng (-253°C) với các lớp cách nhiệt mỏng và cấu trúc nhẹ.
Về kết cấu thân máy bay, các công ty Nhật Bản như Mitsubishi Heavy Industries, với kinh nghiệm là nhà cung cấp chính cho Boeing 787 (chiếm 35% khối lượng công việc), và ShinMaywa đang nghiên cứu vật liệu composite tiên tiến để giảm trọng lượng thân máy bay, đặc biệt cho các thiết kế cánh liền thân (blended wing body) phù hợp với nhiên liệu hydro.
Nhật Bản đặt mục tiêu đưa máy bay hydro vào vận hành từ năm 2035 trở đi. Chương trình này ra đời sau thất bại của dự án máy bay phản lực SpaceJet, và điểm khác biệt là sự hợp tác giữa các công ty (không chỉ Mitsubishi Heavy Industries), giảm rủi ro tài chính và chia sẻ nguồn lực. Mục tiêu không chỉ giảm carbon mà còn giành lại vị thế trong ngành sản xuất máy bay toàn cầu.
Vận tải biển: nền tảng từ công nghệ hàng không và năng lượng
Mặc dù thông tin cụ thể về tàu thủy hydro trong các kết quả tìm kiếm không nhiều, nhưng đây là một phần trong chiến lược hydro tổng thể. NEDO đã tài trợ cho Kawasaki Heavy Industries phát triển tua-bin khí đốt hydro và nồi hơi hydro cho tàu biển. Các công nghệ lõi về động cơ đốt hydro và bồn chứa nhiên liệu lỏng, vốn đang được phát triển cho hàng không, sẽ có thể được chuyển giao và áp dụng cho ngành vận tải biển.
Kết luận
Nhật Bản đang xây dựng một chiến lược hydro hóa giao thông hạng nặng đồng bộ và có tầm nhìn dài hạn, với mũi nhọn là đường sắt (HYBARI đang ở giai đoạn tiền thương mại hóa) và hàng không (công nghệ lõi đang được phát triển). Sự hợp tác chặt chẽ giữa chính phủ, các tập đoàn công nghiệp và viện nghiên cứu, cùng với bài học từ những thất bại trong quá khứ, đang định hình một hệ sinh thái hydro toàn diện. Các mốc thời gian cụ thể (2027 cho tàu hydro, 2030 cho thế hệ tàu tiếp theo, 2035+ cho máy bay) cho thấy hydro đang dần trở thành hiện thực trong lĩnh vực giao thông hạng nặng.
