PHỎNG VẤN | Tại sao thế giới cần động cơ đốt hydro - mặc dù chúng rất kém hiệu quả

PHỎNG VẤN | Tại sao thế giới cần động cơ đốt hydro - mặc dù chúng rất kém hiệu quả

    PHỎNG VẤN | Tại sao thế giới cần động cơ đốt hydro - mặc dù chúng rất kém hiệu quả


    Jim Nebergall, giám đốc điều hành của Cummins cho biết, các công ty vận tải đường bộ không thích rủi ro thích chi phí trả trước thấp hơn và sự quen thuộc của các phương tiện sử dụng động cơ H2

    Mỗi dặm trong một chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV) sẽ cần khoảng gấp đôi năng lượng so với một chiếc xe chạy bằng pin, khiến chúng chắc chắn đắt hơn khi chạy.

    Hydro sẽ là chìa khóa khung để mở ra một thế giới trung hòa carbon? Đăng ký nhận bản tin Hydrogen Insight hàng tuần và nhận thông tin chi tiết về thị trường dựa trên bằng chứng mà bạn cần cho thị trường toàn cầu đang phát triển nhanh chóng này

    Tuy nhiên, trong khi thực tế này đã khiến một số nhà sản xuất xe tải tránh xa hydro, thì một số nhà sản xuất lớn — bao gồm Siemens, Toyota và Cummins — đang xây dựng một giải pháp hydro thậm chí còn kém hiệu quả hơn và tốn kém hơn cho phương tiện — động cơ đốt trong chạy bằng H2 (ICE ).

    Nó đặt ra câu hỏi: tại sao?

    Nhìn bề ngoài, câu trả lời thậm chí còn khó hiểu hơn - bởi vì các công ty hậu cần, vốn có xu hướng hoạt động với lợi nhuận eo hẹp, đang yêu cầu H2-ICE, mặc dù nó có vẻ là lựa chọn vận chuyển không khí thải đắt nhất.

    Jim Nebergall, người đứng đầu chương trình H2-ICE của Cummins, nói với Hydrogen Insight rằng đối với một ngành ngại rủi ro như vận tải hạng nặng, ngành hoàn toàn miễn cưỡng khử cacbon, thì động cơ hydro mang đến một lộ trình ít rủi ro để hướng tới một tương lai không có carbon — công nghệ điều đó vừa quen thuộc hơn hệ thống truyền động điện vừa ít tốn vốn hơn.

    Ông giải thích, các công ty vận tải thà trả ít tiền trả trước hơn — ngay cả khi họ phải trả tiền trong thời gian dài — vì “chi phí tiền mặt ban đầu” cho các phương tiện không phát thải là một “vấn đề lớn”, ông giải thích.

    “Khách hàng muốn mua thứ gì đó có chi phí thấp mà họ quen thuộc. Đó là một bước nhỏ trong một công nghệ mới.”

    Nebergall cho biết, một chiếc xe tải H2-ICE được dự báo sẽ có giá cao hơn khoảng 50% so với loại động cơ diesel tương đương vào năm 2027, nhưng một chiếc xe tải H2-FCEV sẽ có giá gấp đôi, trong khi một chiếc BEV có cùng phạm vi 500 dặm sẽ đắt hơn khoảng 120%. hơn là một động cơ diesel.

    Với khoản tiết kiệm ban đầu trên giá mua như vậy, sẽ mất gần một nửa thời gian hoạt động của xe tải H2-ICE mới — năm đến bảy năm — trước khi phương tiện này bắt đầu thua lỗ so với phương tiện FCEV tương đương và thậm chí lâu hơn nếu pin nhiên liệu của phương tiện sau này cần được thay thế.

    Ông giải thích: “Các tế bào nhiên liệu sinh nhiều nhiệt hơn nên chạy nóng hơn. “Bạn phải cung cấp nhiều năng lượng hơn cho các quạt làm mát và chúng sẽ xuống cấp theo thời gian. Một động cơ không thực sự già đi về hiệu suất, nhưng pin nhiên liệu sẽ già đi và nó sẽ không còn hiệu quả nữa [khi hết tuổi thọ so với lúc ban đầu].”

    Về hiệu suất vận hành, động cơ đốt trong cũng có lợi thế về tính linh hoạt so với H2-FCEV, giám đốc điều hành Cummins cho biết, đồng thời lưu ý rằng động cơ ít bị ảnh hưởng bởi môi trường bụi bặm hoặc tạp chất trong hydro có thể “đầu độc” nhiên liệu. tế bào.

    Các công ty vận tải đường bộ — chẳng hạn như công ty khổng lồ Werner Enterprises của Hoa Kỳ, gần đây đã đặt hàng trước 500 động cơ H2 15 lít của Cummins — cũng bị thu hút bởi sự quen thuộc của động cơ đốt trong mà người vận hành cần phải đào tạo lại rất ít.

    Neberfall nói: “Khi họ nhận ra rằng họ phải chuyển từ động cơ diesel sang một thứ gì đó, thì đó thực sự là một phương trình rủi ro,” Neberfall nói, đồng thời lưu ý rằng thái độ này của các khách hàng tiềm năng phổ biến trên khắp thế giới.

    “Họ muốn giảm rủi ro cho động thái đó. Đó là lý do tại sao động cơ cộng hưởng với họ vì ít nhất các kỹ thuật viên của họ biết cách làm việc với nó. Nó trông giống như một động cơ. Nó giống như một. Nó phù hợp trong xe tải. Nó rất quen thuộc và điều duy nhất họ phải giải quyết là nhiên liệu.”

    Vì các nhà khai thác xe tải chọn một trong hai tùy chọn H2 sẽ phải đối mặt với chi phí trả trước để lắp các bể chứa hydro chuyên dụng, cảm biến và đèn an toàn không phát tia lửa tại kho của họ, nên việc bổ sung các FCEV đắt tiền ngoài khoản đầu tư vốn đó không còn hấp dẫn.

    Nebergall giải thích: “Các khoang dịch vụ phải được trang bị thêm và nâng cấp để quản lý hydro trong nhà. “Điều đó áp dụng cho cả động cơ và pin nhiên liệu, và khi chúng tôi nói chuyện với khách hàng, họ thích ý tưởng rằng họ thực sự có thể bắt đầu sử dụng hydro với động cơ. Chúng tôi nghe điều đó rất nhiều.”

    Điều này có nghĩa là dòng chảy của vốn đầu tư ổn định hơn: đầu tư vào xe tải ICE hydro rẻ hơn và cơ sở hạ tầng hydro, và sau đó — khi thị trường phương tiện không phát thải trưởng thành — đầu tư vào FCEV hiệu quả hơn.

    Sự lỗi thời trong tương lai?

    Cummins, công ty cũng đang phát triển hệ thống truyền động H2-FCEV và BEV, không có mối quan tâm đặc biệt nào đến việc bất kỳ công nghệ nào thành công hơn công nghệ khác và Nebergall không tranh cãi về những nhược điểm của hiệu suất H2-ICE so với các đối tác điện của mình — thoải mái thừa nhận rằng BEV vượt qua lĩnh vực này về hiệu quả từ xe tăng đến bánh xe, cũng như chi phí vận hành và bảo trì.

    Nhưng điều đáng chú ý là trong vòng năm đến bảy năm kể từ khi động cơ H2-ICE của Cummins được tung ra thị trường — thời điểm mà chi phí của xe tải H2-ICE hòa vốn với FCEV — những tiến bộ công nghệ trong BEV có thể khiến cả hai công nghệ trở nên lỗi thời.

    Tháng trước, Tesla 

    đã hoàn thành việc giao chiếc xe tải điện đầu tiên của mình cho gã khổng lồ nước giải khát Pepsi, hãng tuyên bố có thể di chuyển 500 dặm (805km) khi đầy ắp đồ trong một lần sạc pin khổng lồ 1MWh.

    Và pin thể rắn đang được phát triển với phạm vi hoạt động có thể gấp đôi lithium-ion.

    Nhưng Nebergall lo lắng hơn về việc lĩnh vực xe thương mại đang cố gắng cạnh tranh với thị trường xe chạy pin lớn hơn để lấy nguyên liệu thô và bị thua cuộc.

    Anh ấy nói: “Tôi hy vọng pin điện sẽ hoạt động tốt như mọi người mong muốn, bởi vì nó là một công nghệ tuyệt vời. “Thị trường xe thương mại còn nhỏ [nhưng] pin nhiên liệu [xe điện] cần những loại pin giống như pin điện. Khi chúng tôi thực sự cố gắng mở rộng quy mô thị trường hạng nặng, việc chuyển sang sử dụng pin điện sẽ là một thách thức khá lớn.”

    Khả năng tiếp cận cơ sở hạ tầng sạc cũng là một rào cản lớn đối với việc sử dụng BEV trong vận tải đường bộ hạng nặng. Không chỉ khó khăn về mặt kỹ thuật để cho phép nhiều xe tải điện sạc nhanh đồng thời tại cùng một địa điểm bằng năng lượng tái tạo, mà thời gian cần thiết để sạc một chiếc xe tải điện cũng có thể là vấn đề đối với người vận hành.

    Vấn đề này đặc biệt thích hợp ở Bắc Mỹ, nơi các tài xế xe tải thường đi một quãng đường dài mà không dừng lại.

    Ở châu Âu, nơi hoạt động vận tải hàng hóa đường bộ được quy định và người lái xe có nghĩa vụ phải nghỉ 45 phút sau mỗi 4 tiếng rưỡi cầm lái, xe tải điện có thể được sạc lại trong những điểm dừng này.

    Tuy nhiên, nhu cầu dừng lại và sạc lại pin có thể cản trở thông lệ sử dụng hai tài xế để đảm bảo xe tải liên tục chạy trên đường.

    thử thách thể tích

    Tuy nhiên, rào cản tiếp nhiên liệu cũng là một thách thức đối với các phương tiện hydro, cả về tính khả dụng và chi phí nhiên liệu.

    Hiện tại, không chỉ có rất ít trạm nạp H2 và cách xa bên ngoài một số khu vực được chọn, mà mật độ năng lượng thể tích của hydro hóa lỏng (ở mức 8MJ mỗi lít) chỉ bằng 22% so với dầu diesel (36MJ/l) — và của khí nén H2 thậm chí còn thấp hơn (chỉ dưới 2MJ/lít ở 300 bar và khoảng 4 MJ/l ở 750 bar).

    Điều này có nghĩa là để một trạm nạp hydro lỏng cung cấp nhiên liệu cho cùng số lượng phương tiện như các trạm dừng xe tải chạy bằng dầu diesel ngày nay sẽ yêu cầu số lượng giao hàng mỗi ngày nhiều hơn từ bốn đến năm lần đối với một xe bồn cỡ tiêu chuẩn (và nhiều hơn tới 18 lần đối với H2 nén). Cùng với cơ sở hạ tầng lưu trữ và năng lượng bổ sung cần thiết để giữ hydro lỏng ở nhiệt độ đông lạnh âm 253C, chi phí có thể sẽ tăng lên.

    Tuy nhiên, Nebergall nói với Hydrogen Insight rằng những tính toán này đã được đưa vào phân tích thị trường của Cummins, dự kiến chi phí nhiên liệu hydro vào khoảng 4-7 đô la/kg vào năm 2030, mà công ty coi là "thực tế" để tiếp thu thị trường.

    Tuy nhiên, ông vẫn tin rằng H2-ICE khó có thể được sử dụng hàng loạt nếu không có sự hỗ trợ đáng kể của chính phủ, lưu ý rằng động cơ chạy bằng khí tự nhiên chưa bao giờ thâm nhập vào thị trường thương mại vì chúng, giống như hydro, là một sản phẩm cao cấp kém phát triển. cơ sở hạ tầng hỗ trợ.

    Nebergall nói: “Bạn sẽ cần một trình điều khiển [kinh tế] để thực sự khiến hydro chiếm hơn 5-10% [thị phần]”. “Chỉ riêng khoản tín dụng thuế [$3/kg tối đa sản lượng H2 của Hoa Kỳ] sẽ không đủ. Chúng tôi cần bù đắp cho giá mua phương tiện theo một cách nào đó, hình dạng hoặc hình thức.

    “Với các ưu đãi về thuế đối với nhiên liệu, bạn có thể nhận được nhiên liệu có giá tương đương với dầu diesel, nhưng khi xe tải của bạn có giá cao hơn đáng kể, thì việc chi phí nhiên liệu là như nhau không thành vấn đề. Bạn phải giảm chi phí phương tiện.

    Nhưng trường hợp của xe tải H2-ICE có thể mạnh hơn ở các nền kinh tế mới nổi, nơi thiếu cơ sở hạ tầng lưới điện sẵn có ở những nơi có nhu cầu cao có thể cản trở việc sử dụng các BEV thương mại hiệu quả hơn, ông giải thích.

    Theo Nebergall, điều này có thể xảy ra ở Ấn Độ, nơi Cummins đang tiếp thị cả ba hệ thống truyền động không khí thải.

    Ông nói với Hydrogen Insight: “Ở Ấn Độ, họ không có cơ sở hạ tầng lưới điện mạnh mẽ. “Họ sẽ không nâng cấp toàn bộ lưới điện chỉ để sạc cho xe điện, vì vậy xe thương mại chạy bằng điện không có nhiều ý nghĩa. Nhưng họ cần thứ gì đó [to decarbonise] và nhiên liệu hydro là một giải pháp tuyệt vời. Khi họ xem xét hai công nghệ [hydro], họ thực sự thích động cơ này vì nó có chi phí [trả trước] thấp.”

    Năng lực sản xuất - và địa chính trị - cũng đóng vai trò quan trọng trong trường hợp kinh doanh đối với hệ thống truyền động H2-ICE trong lĩnh vực hàng hóa nặng của Ấn Độ, Nebergall cho biết, bởi vì động cơ đốt trong hydro có thể được sản xuất tại địa phương trong các cơ sở sản xuất động cơ hiện có, cắt giảm chi phí và tiết kiệm việc làm tại nhà máy.

    Nó cũng có thể làm giảm sự phụ thuộc của đất nước vào nước ngoài về chuyên môn, linh kiện và khoáng chất để sản xuất pin, ông nói thêm.

    Mặc dù vậy, H2-ICE đã bị loại khỏi gói hỗ trợ gần đây của Ấn Độ dành cho các phương tiện chạy bằng hydro như một phần của Sứ mệnh Hydro Xanh Quốc gia.

    Cơ sở cung cấp hiện có

    Cummins dự định tận dụng các nhà máy hiện có của mình để triển khai H2-ICE 

    ở Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ và Canada, chỉ với một vài sửa đổi trong quy trình sản xuất.

    Trên thực tế, sự khác biệt lớn duy nhất giữa ICE hydro của Cummins và động cơ diesel tương đương của nó liên quan đến hệ thống phân phối nhiên liệu cho đến tận đầu xi-lanh. Ngoài ra, động cơ hoàn toàn giống nhau, Nebergall giải thích.

    Những thay đổi duy nhất cần thiết tại các nhà máy sẽ là các sửa đổi bổ sung về an toàn để lưu trữ H2 tại chỗ và các thùng nhiên liệu khác.

    Khả năng sử dụng các trang web và chuyên môn đã có sẵn của Cummins có thể là một cách nào đó để giải thích lý do tại sao công ty đã đầu tư vào lĩnh vực này cùng với công việc của họ trong các hệ thống truyền động BEV và H2-FCEV, mặc dù không chắc chắn về thị phần H2-ICE có thể mong đợi trong vận tải đường bộ hạng nặng.

    Nhưng Nebergall khẳng định rằng Cummins chỉ đơn giản là mở ra một cánh cửa cho những người mua không coi quá trình khử cacbon là năng lực cốt lõi của họ — và không có đủ tiền để hỗ trợ điều đó.

    Ông nói: “Khách hàng dường như sẵn sàng thử công nghệ mới ở quy mô nhỏ để tự học, nhưng [họ] có vẻ không thích rủi ro khi mua công nghệ mới ở quy mô lớn để đưa vào đội xe chính của họ.

    Và anh ấy không coi bất kỳ một công nghệ nào là viên đạn bạc cho phương tiện vận tải hạng nặng không khí thải.

    “Mọi người đều muốn chọn,” anh nói. “Họ giống như, 'phải có một giải pháp trong tương lai và đó phải là người chiến thắng'. Và mọi người đều muốn biết, ‘thứ đó là gì, thứ gì là người chiến thắng?’”

    “Theo quan điểm của chúng tôi, sẽ không có một công nghệ chiến thắng nào. Chúng tôi thực sự cần một loạt các công nghệ để đáp ứng tất cả các nhu cầu của khách hàng và ứng dụng của chúng tôi.”

    TỔN THẤT HIỆU SUẤT VÀ PHÁT THẢI NOX

    Tốc độ mà BEV vượt xa cả H2-FCEV và động cơ đốt hydro về hiệu suất là rất lớn.

    Trong khi một chiếc xe tải chạy bằng pin mang lại hiệu suất trung bình từ xe tăng đến bánh xe là 75-85%, xe tải chạy bằng pin nhiên liệu hydro chỉ đạt 50% và động cơ đốt hydro thấp tới 40-45% - tương tự như động cơ diesel, theo phân tích từ công ty tư vấn McKinsey.

    Hiệu quả của chuyến đi khứ hồi thậm chí còn tàn khốc hơn, đặc biệt nếu người vận hành đang sử dụng hydro xanh: H2-FCEV và H2 ICE yêu cầu năng lượng tái tạo gấp ba đến bốn lần để di chuyển cùng một quãng đường so với BEV.

    Nhưng bất lợi về hiệu quả của hydro ICE so với pin nhiên liệu hydro thì phức tạp hơn. Phân tích của McKinsey cũng phát hiện ra rằng khi xe tải hạng nặng hoạt động ở mức tải hơn 60%, động cơ đốt hydro thực sự trở nên hiệu quả hơn so với động cơ diesel hoặc H2-FCEV.

    Điều này có nghĩa là đối với H2-ICE, giống như động cơ diesel, chế độ vận hành hiệu quả nhất là giảm kích thước động cơ và làm cho nó hoạt động hiệu quả hơn, trong khi đối với H2-FCEV thì ngược lại: pin nhiên liệu cần phải quá khổ để xe tải có thể tối đa hóa hiệu suất .

    Chế độ vận hành cũng có ảnh hưởng đến lượng khí thải oxit nitơ (NOx) có hại, mà Cummins đã giảm xuống gần như bằng không trong động cơ đốt H2 hạng nặng trong quá trình vận hành ở trạng thái ổn định — ví dụ: khi một chiếc xe tải đang chạy dọc theo đường cao tốc. Đây là mức thấp hơn nhiều so với dự kiến từ một động cơ diesel tương đương.

    Lượng khí thải NOx còn lại trong xe tải H2-ICE sau đó sẽ được xử lý bằng phương pháp xử lý sau tương tự được sử dụng bởi xe tải diesel ngày nay, được gọi là Giảm xúc tác chọn lọc.

    Zalo
    Hotline