Liệu hydro sẽ vượt qua pin trong cuộc đua ô tô không phát thải?
Trong phần sáu của loạt bài khám phá những huyền thoại xung quanh xe điện, chúng tôi cân nhắc xem đâu sẽ là sức mạnh của tương lai
Hydro là một chất hấp dẫn: nguyên tố nhẹ nhất. Khi phản ứng với oxy, nó chỉ tạo ra nước và giải phóng năng lượng dồi dào. Khí vô hình trông giống như nhiên liệu sạch của tương lai. Một số giám đốc điều hành ô tô hàng đầu thế giới đang hy vọng nó sẽ soán ngôi vị trí công nghệ được lựa chọn cho việc lái xe không phát thải của pin.
Loạt bài về huyền thoại xe điện của chúng tôi đã xem xét các mối lo ngại từ cháy ô tô đến khai thác pin, lo ngại về phạm vi hoạt động cho đến lo ngại về chi phí và lượng khí thải carbon. Nhiều người chỉ trích xe điện cho rằng chúng ta không nên bỏ động cơ xăng và diesel. Bài viết này đặt câu hỏi: hydro có thể đưa ra cách thứ ba và vượt qua pin không?
Các tuyên bố
Nhiều tuyên bố mạnh mẽ nhất về vai trò của hydro trong thế giới ô tô đến từ các giám đốc điều hành trung tâm của ngành. Toyota của Nhật Bản là công ty đề xuất mạnh mẽ nhất về hydro, và chủ tịch của hãng, Akio Toyoda, hồi tháng trước cho biết ông tin rằng thị phần ô tô chạy pin sẽ đạt đỉnh 30%, với hydro và động cơ đốt trong chiếm phần còn lại. Mirai của Toyota là một trong những chiếc xe chạy bằng hydro duy nhất được bán rộng rãi, cùng với chiếc SUV Nexo của Hyundai của Hàn Quốc.
Oliver Zipse, ông chủ của nhà sản xuất BMW của Đức, cho biết vào năm ngoái: “Hydrogen là mảnh ghép còn thiếu trong trò chơi ghép hình khi nói đến khả năng di chuyển không phát thải”. BMW có thể đang đầu tư mạnh vào công nghệ pin nhưng công ty này cũng đang thử nghiệm mẫu xe chạy pin nhiên liệu BMW iX5 Hydrogen – mặc dù sử dụng pin nhiên liệu của Toyota. Zipse cho biết: “Một công nghệ riêng lẻ sẽ không đủ để hỗ trợ khả năng di chuyển trung hòa khí hậu trên toàn thế giới”.
Khoa học
Hydro là nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ nhưng điều đó không có nghĩa là nó dễ dàng có được trên Trái đất. Hầu hết hydro tinh khiết ngày nay được tạo ra bằng cách tách carbon khỏi metan, nhưng điều đó tạo ra lượng khí thải carbon. “Hydro xanh” không phát thải có nguồn gốc từ quá trình điện phân: sử dụng điện sạch để tách nước thành hydro và oxy.
Để sử dụng hydro làm nhiên liệu, nó có thể được đốt cháy hoặc có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu: hydro phản ứng với oxy từ không khí với sự có mặt của chất xúc tác (thường được làm từ bạch kim đắt tiền). Điều đó loại bỏ các electron có thể chạy qua mạch điện, sạc pin có thể cung cấp năng lượng cho động cơ điện.
Theo Jean-Michel Billig, giám đốc công nghệ phát triển phương tiện chạy pin nhiên liệu hydro tại Stellantis, hydro cung cấp khả năng tiếp nhiên liệu trong bốn phút, tải trọng cao hơn và phạm vi hoạt động xa hơn. (Mirai đi được 400 dặm khi đổ đầy nhiên liệu.) Stellantis, tháng trước đã bắt đầu sản xuất xe tải chạy bằng hydro ở Pháp và Ba Lan, đang nhắm đến các doanh nghiệp muốn phương tiện được sử dụng liên tục và không muốn thời gian ngừng hoạt động cần thiết để sạc.
“Họ cần phải di chuyển trên đường,” Billig nói. “Taxi không chạy là mất tiền”
Nhiều chuyên gia năng lượng không chia sẻ tâm huyết của hãng xe hydro
Stellantis cho rằng nó có thể khiến giá nhãn dán giảm xuống. Billig nói rằng ông kỳ vọng vào “cuối thập kỷ này, khả năng di chuyển của hydro hay BEV sẽ tương đương về mặt chi phí” - mặc dù công ty sẽ sản xuất cả hai.
Nhiều chuyên gia năng lượng không chia sẻ sự nhiệt tình của các nhà sản xuất ô tô chạy bằng hydro. Ông chủ Tesla, Elon Musk, mô tả công nghệ này là “kẻ bán hàng ngu ngốc”: tại sao lại sử dụng điện xanh để sản xuất hydro khi bạn có thể sử dụng chính lượng điện đó để cung cấp năng lượng cho ô tô?
Mọi sự chuyển đổi năng lượng đều liên quan đến sự lãng phí nhiệt. Điều đó có nghĩa là nhiên liệu hydro chắc chắn cung cấp ít năng lượng hơn cho xe. (Những tổn thất đó còn tăng lên nhiều nếu hydro được đốt trực tiếp hoặc được sử dụng để tạo ra nhiên liệu điện tử có thể thay thế xăng hoặc dầu diesel trong động cơ đốt trong nóng và ồn ào.)
David Cebon, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Cambridge, cho biết: “Nếu bạn sử dụng hydro xanh, lượng điện để tạo ra hydro để cung cấp năng lượng cho ô tô sẽ tốn gấp ba lần điện năng so với việc chỉ sạc pin”.
Điều đó có thể cải thiện đôi chút nhưng không đủ để thách thức pin. “Thật khó để làm tốt hơn nhiều,” Cebon nói.
Michael Liebreich, chủ tịch của Liebreich Associates và là người sáng lập công ty phân tích Bloomberg New Energy Finance, đã tạo ra một “thang hydro” có ảnh hưởng – một bảng xếp hạng xếp hạng việc sử dụng hydro để xem liệu có những lựa chọn rẻ hơn, dễ dàng hơn hay nhiều khả năng hơn. Ông đã đặt hydro cho ô tô vào “hàng diệt vong”, với rất ít cơ hội giành được thị trường ngách.
Hydro có thể vượt qua pin trong ô tô? “Câu trả lời là không,” Liebreich nói không chút do dự. Ông nói thêm, các nhà sản xuất ô tô đặt cược vào thị phần lớn cho hydro là “sai lầm” và đang hướng tới một sự thất vọng đắt giá.
Vấn đề chính đối với ô tô chạy bằng hydro không phải là pin nhiên liệu mà thực sự là có được hydro sạch ở nơi cần thiết. Khí rất dễ bay hơi
dễ cháy - với tất cả các mối lo ngại về an toàn kéo theo - phải được bảo quản dưới áp suất và dễ bị rò rỉ. Nó cũng mang ít năng lượng trên một đơn vị thể tích hơn so với nhiên liệu hóa thạch, có nghĩa là nó sẽ cần số lượng tàu chở dầu nhiều hơn gấp nhiều lần trừ khi sử dụng máy điện phân tại chỗ.
Các khoản đầu tư đang đến vào nguồn cung cấp hydro, với sự trợ cấp lớn của chính phủ ở Mỹ và Châu Âu. Nhưng cho đến nay vẫn còn một vấn đề con gà và quả trứng: người mua không muốn ô tô chạy bằng hydro vì họ không thể lấp đầy chúng, và không có trạm đổ xăng vì không có ô tô. Theo Cơ quan quan sát Hydro châu Âu, trên khắp châu Âu có 178 trạm nạp hydro, một nửa trong số đó là ở Đức. So sánh chín trạm hydro của Vương quốc Anh với 8.300 trạm xăng hoặc 31.000 địa điểm sạc công cộng (không tính phích cắm tại nhà).
Có bất kỳ lưu ý nào không?
Vậy tại sao Cơ quan Năng lượng Quốc tế cho rằng hydro sẽ chiếm 16% vận tải đường bộ vào năm 2050 trên con đường hướng tới mức không ròng? Câu trả lời chủ yếu nằm ở các phương tiện lớn hơn như xe buýt và xe tải.
Liebreich cho biết ông tin rằng pin vẫn sẽ thống trị nguồn cung cấp năng lượng cho xe chở hàng hạng nặng – đến mức đồng sáng lập một công ty sạc xe tải. Ông nói: “Có thể có một số hydro trong HGV nhưng nó sẽ chỉ là thiểu số”.
Theo giám đốc kỹ thuật Hiroki Nakajima, nói chuyện với Autocar vào tháng 10, ngay cả Toyota cũng thừa nhận rằng hydro trong ô tô cho đến nay “không thành công”, chủ yếu là do thiếu nguồn cung cấp nhiên liệu. Xe tải và xe buýt đường dài mang lại hy vọng tốt hơn cho công nghệ này, mặc dù hãng cũng đang thử nghiệm phiên bản hydro của xe bán tải Hilux.
Một cái nhìn từ trên không của cabin xe tải
Xem hình ảnh ở chế độ toàn màn hình
Nguồn cung cấp năng lượng nào sẽ thống trị các phương tiện chở hàng nặng? Ảnh: Dan Kitwood/Getty Images
Lời phán quyết
Tính kinh tế của hydro sẽ thay đổi khi sự nhiệt tình của các chính phủ giảm bớt. Những thứ khác có thể thay đổi: công nghệ có thể cải thiện (trong giới hạn) và làm cho khí trở nên hấp dẫn hơn, và những người thăm dò có thể tìm thấy “hydro trắng” rẻ hơn được khoan từ lòng đất.
Tuy nhiên, đối với ô tô, tình thế dường như đã định sẵn: pin đã là sự lựa chọn sau xăng dầu của hầu hết mọi nhà sản xuất. Theo Hiệp hội các nhà sản xuất và kinh doanh ô tô, ở Anh đã có ít hơn 300 doanh số bán xe hydro trong 20 năm qua, so với 1 triệu ô tô điện.
Xe điện xanh như thế nào? - băng hình
Sự thống trị của pin có thể sẽ được mở rộng khi tiền đổ vào nghiên cứu và cơ sở hạ tầng giải quyết các câu hỏi về phạm vi hoạt động và thời gian sạc. So với cơn lũ đầu tư đó, hydro chỉ là nhỏ giọt.
Những người ủng hộ hydro hiện phải đối mặt với câu hỏi liệu họ có thể xây dựng các hoạt động kinh doanh có lợi nhuận trong lĩnh vực vận tải đường bộ hạng nặng, đường dài hay không. Họ cần sớm có câu trả lời về nơi họ sẽ cung cấp đủ hydro xanh, giá rẻ – và liệu khí này có được sử dụng tốt hơn ở nơi khác hay không.
