Pin nhiên liệu hydro có thể giúp mở rộng mạng lưới sạc xe điện như thế nào
Tiêu chuẩn khí thải ô tô mới của Cơ quan Bảo vệ Môi trường đặt mục tiêu cắt giảm gần 50% lượng khí thải carbon dioxide từ xe ô tô chở khách so với các tiêu chuẩn hiện hành vào năm 2032. Các tiêu chuẩn này được thiết kế để khuyến khích phần lớn chuyển sang sử dụng xe điện và cải thiện sức khỏe cộng đồng cũng như chất lượng không khí.
Mặc dù tỷ lệ áp dụng EV tại Hoa Kỳ gần đây có chậm lại, doanh số vẫn tăng 60% tổng thể từ năm 2022 đến năm 2023. Tuy nhiên, khi ngày càng có nhiều người mua và lái EV, nhu cầu về cơ sở hạ tầng sạc nhanh tiếp tục tăng song song. Với những diễn biến gần đây, như quyết định thu hẹp quy mô mở rộng mạng lưới sạc xe điện chạy bằng pin (BEV) của Tesla, các câu hỏi về cách cơ sở hạ tầng sạc sẽ tiếp tục đáp ứng nhu cầu của công chúng — và nhu cầu khám phá các cơ hội thay thế — là trọng tâm cho mục tiêu mở rộng quy mô EV trong dài hạn.
Là nhiên liệu không chứa carbon, hydro từ lâu đã được dự đoán sẽ đóng vai trò chủ đạo trong tương lai bền vững hơn. Hiện tại, hydro được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV) và đang được thử nghiệm để sử dụng trong xe bán tải đường dài, tàu hỏa, máy bay và các ứng dụng vận chuyển. Hydro cũng có thể được sử dụng làm nguồn nhiên liệu thay thế để sạc EV.
Một số công ty hiện đang khám phá việc sạc EV bằng hydro, thường đại diện cho quan hệ đối tác giữa các bên liên quan đến năng lượng và OEM, với nhiều triển khai khác nhau được dự đoán từ nay đến năm 2026. Hầu hết sự phát triển trong lĩnh vực này đang ở giai đoạn thí điểm và một số đơn vị đã bỏ lỡ ngày ra mắt dự kiến, điều này nhấn mạnh những thách thức kỹ thuật trong việc đưa ứng dụng có tiềm năng cao này ra thị trường.
Pin nhiên liệu hydro để sạc EV
Pin nhiên liệu hydro phản ứng hydro với oxy để tạo ra điện. Sản phẩm phụ duy nhất là nước, đây chính là lý do khiến hydro trở thành nguồn nhiên liệu thay thế hấp dẫn. Pin nhiên liệu hydro đã được sử dụng trong hàng không vũ trụ và các ứng dụng quân sự trong nhiều thập kỷ và trong các phương tiện chở khách thương mại trong gần 20 năm.
Trong những trường hợp này, nhiên liệu hydro được mang theo trên tàu, thường được nén trong các bình chứa. Các nhà sản xuất ô tô đã sản xuất hàng loạt một số mẫu xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro, cạnh tranh với các loại xe chạy bằng nhiên liệu thay thế khác như các mẫu xe điện chạy bằng pin. Bất kể vai trò của hydro trong ngành công nghiệp ô tô hạng nhẹ, nó vẫn hứa hẹn mạnh mẽ là nhiên liệu không carbon khả thi cho các ứng dụng khác, với dự báo tăng trưởng dài hạn đáng kể.
Để sử dụng pin nhiên liệu hydro để sạc EV, hydro có thể được sản xuất thông qua quá trình điện phân từ nước bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo dư thừa như năng lượng mặt trời hoặc gió và sau đó được sử dụng tại chỗ trong pin nhiên liệu để tạo ra điện cần thiết để sạc EV. Có một số lợi thế khi sử dụng pin nhiên liệu hydro cho mục đích này:
- Hoạt động độc lập — Pin nhiên liệu hydro cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn cho lưới điện truyền thống để cung cấp năng lượng cho các trạm sạc EV, đặc biệt là ở những vùng xa xôi. Công nghệ này có thể hoạt động độc lập với lưới điện bằng cách tạo ra điện trực tiếp tại điểm sử dụng; nó đặc biệt có lợi ở những nơi mà việc mở rộng lưới điện truyền thống là không khả thi hoặc quá tốn kém. Các trạm sạc hydro được đề xuất này cũng có thể giúp giảm bớt “nỗi lo về phạm vi hoạt động” cho chủ sở hữu EV và người mua tiềm năng, những người có thể coi EV là không khả thi cho nhu cầu lái xe của họ.
- Khả năng mở rộng và linh hoạt — Pin nhiên liệu hydro có khả năng mở rộng vốn có. Chúng có thể được mở rộng theo mô-đun để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng mà không cần cơ sở hạ tầng mở rộng cần thiết cho việc mở rộng lưới điện. Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các mạng lưới trạm sạc EV đang phát triển, nơi chúng có thể thích ứng liền mạch với các yêu cầu năng lượng khác nhau.
- Triển khai và di chuyển nhanh chóng — Hydro có thể được lưu trữ và vận chuyển bằng xe tải để nhanh chóng thiết lập các trạm sạc pin nhiên liệu. Các trạm này có thể được triển khai nhanh chóng và di dời khi cần thiết, cung cấp một cách tiếp cận linh hoạt đối với các thay đổi về mặt địa lý và thời gian trong các mô hình sử dụng EV.
- Khả năng tương thích kép — Các trạm được trang bị pin nhiên liệu hydro có thể phục vụ cả BEV và FCEV, tạo ra cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu thống nhất. Khả năng tương thích kép này có thể hợp lý hóa hoạt động và nâng cao trải nghiệm của người dùng bằng cách cung cấp một điểm dừng duy nhất cho các loại EV khác nhau.
- Tác động đến môi trường — Pin nhiên liệu hydro có thể sản xuất điện chỉ với nước và nhiệt là sản phẩm phụ, cung cấp giải pháp không phát thải, phù hợp với mục tiêu giảm phát thải carbon toàn cầu.
Những cân nhắc về an toàn hydro
Có nhiều lợi ích khi sử dụng pin nhiên liệu hydro để sạc EV, nhưng cũng có nhiều thách thức về an toàn cần cân nhắc. Hydro rất dễ cháy, dễ bay hơi và khó lưu trữ hiệu quả. Để biến việc sạc EV bằng pin nhiên liệu hydro thành hiện thực, các công ty năng lượng và OEM sẽ phải giải quyết các vấn đề an toàn này.
Vận chuyển và lưu trữ: Vận chuyển hydro đòi hỏi các giao thức an toàn mạnh mẽ để ngăn ngừa rò rỉ và nổ. Bất chấp những nỗ lực gần đây, cơ sở hạ tầng cho vận chuyển và lưu trữ hydro vẫn chưa được phát triển so với các loại nhiên liệu khác. Hiểu các giao thức xung quanh các chất nguy hiểm và tận dụng chuyên môn kỹ thuật để vận chuyển hydro an toàn — và khả thi về mặt kinh tế — là rất quan trọng để giảm thiểu rủi ro. Ví dụ, các chiến lược sau đây có thể giúp giảm thiểu rủi ro đánh lửa:
- Phát hiện rò rỉ và đánh lửa — Người vận hành có thể sử dụng cảm biến hóa học hoặc quang học để phát hiện rò rỉ hoặc nhiệt hoặc cảm biến quang học để nhanh chóng phát hiện đánh lửa và triển khai hệ thống chữa cháy giúp giảm hoặc ngăn ngừa hỏa hoạn và nổ.
- Hệ thống tắt khẩn cấp — Cảm biến phát hiện rò rỉ và đánh lửa có thể được liên kết với hệ thống tắt khẩn cấp để ngăn dòng hydro trong vòng vài giây. Đào tạo nghiêm ngặt về các quy trình khẩn cấp cho nhân viên và hiểu biết về các giao thức và điểm rủi ro điển hình là điều cần thiết cho sự an toàn của con người.
- Kiểm tra an toàn bảo dưỡng thường xuyên — Hydro thường được lưu trữ dưới áp suất lên đến 10.000 psi, khiến tình trạng và việc bảo dưỡng các bình chứa và đường ống vận chuyển trở nên cực kỳ quan trọng. Người vận hành có thể kiểm tra kỹ lưỡng tình trạng của các bình chứa, van và đường ống để giảm thiểu khả năng rò rỉ.
Quy hoạch địa điểm: Nếu không được quản lý đúng cách, việc đặt chung các trạm tiếp nhiên liệu hydro và cơ sở sạc EV sẽ gây ra nguy cơ hỏa hoạn hoặc nổ. Đối với ứng dụng mới này, việc hiểu sâu sắc về việc sử dụng hydro hiện tại, các biện pháp thực hành tốt nhất và kiến thức về các hệ thống khác nhau cũng như tác động của rò rỉ và lỗ hổng là điều cần thiết để phát triển một nền tảng sử dụng công cộng. Điều này thậm chí còn quan trọng hơn nếu việc sạc EV bằng hydro diễn ra ở những địa điểm xa xôi hoặc không có lưới điện, nơi thảm thực vật, rừng và khả năng thiếu các dịch vụ khẩn cấp ngay lập tức có thể làm tăng khả năng xảy ra hỏa hoạn. Để giảm thiểu rủi ro khi đặt hydro nén gần bộ sạc EV điện áp cao, người vận hành có thể thực hiện các bước sau:
- Bao gồm các khoảng lùi thích hợp — Người vận hành có thể định vị cơ sở hạ tầng hydro cách xa các tán lá xung quanh và các vật liệu dễ cháy khác. Khoảng lùi tạo ra vùng đệm giữa thiết bị hydro và các khu vực xung quanh.
- Thiết bị riêng biệt — Thiết bị lưu trữ hoặc sản xuất hydro (như máy điện phân) và pin nhiên liệu có thể được đặt ở khoảng cách an toàn so với cơ sở hạ tầng sạc EV. Điều này có thể yêu cầu thêm cáp điện áp cao nhưng có thể giảm nguy cơ bộ sạc EV đốt cháy hydro trong không khí.
- Xây dựng hệ thống an toàn tự động — Hệ thống chữa cháy và thiết bị ngắt tự động có thể giảm thiểu đáng kể rủi ro cháy nổ do hydro. Mặc dù đắt tiền, nhưng hệ thống tự động phát hiện rò rỉ hoặc hỏa hoạn có thể ngăn ngừa thiệt hại tốn kém.
Những thách thức khác về sạc pin nhiên liệu hydro
- Chi phí và cơ sở hạ tầng — Mặc dù pin nhiên liệu hydro hiệu quả, nhưng chi phí thiết lập ban đầu và chi phí vận hành liên tục có thể cao hơn so với các trạm kết nối lưới điện truyền thống. Điều này bao gồm chi phí liên quan đến sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydro. Pin nhiên liệu hydro cũng yêu cầu các quy trình bảo trì khác so với các trạm nhiên liệu khác.
- Thách thức về quy định và chứng nhận — Việc triển khai pin nhiên liệu hydro cho mục đích sử dụng công cộng đòi hỏi phải điều hướng bối cảnh liên tục thay đổi của các quy định và tiêu chuẩn. Thiết bị phải được chứng nhận để sử dụng hydro và các nhà khai thác sẽ cần thiết lập các chiến lược ứng phó khẩn cấp dành riêng cho các công nghệ hydro; tuy nhiên, xét đến tình trạng trưởng thành của hydro trên thị trường, các quy định và tiêu chuẩn hiện hành có thể không bao gồm mọi tình huống. Các bên liên quan có thể hưởng lợi từ việc suy nghĩ toàn diện về các yêu cầu đối với các chất dễ cháy/nguy hiểm khác trong toàn ngành năng lượng và phát triển một phương pháp tiếp cận giải quyết các đặc thù của một trạm sạc EV hoặc cơ sở mới theo đó.
Hydro: Một mảnh ghép của câu đố không carbon
Việc tích hợp pin nhiên liệu hydro vào cơ sở hạ tầng sạc EV mở ra một con đường đầy hứa hẹn trong hành trình tìm kiếm một tương lai năng lượng bền vững và phục hồi. Bất chấp những thách thức và cân nhắc về an toàn, những lợi ích — bao gồm tác động đến môi trường, khả năng mở rộng, tính linh hoạt và khả năng không phụ thuộc vào lưới điện — định vị hydro là một thành phần quan trọng của các chiến lược năng lượng trong tương lai.
Khi công nghệ pin nhiên liệu hydro tiến triển, với nhiều công nghệ vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, sự hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư, lãnh đạo ngành và nhà hoạch định chính sách là điều bắt buộc. Một cách tiếp cận cân bằng có thể giúp đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi sang hydro không chỉ hỗ trợ sự phát triển của EV mà còn phù hợp với các mục tiêu kinh tế và môi trường rộng hơn. Việc áp dụng pin nhiên liệu hydro như một giải pháp bổ sung cho cơ sở hạ tầng sạc truyền thống có thể hỗ trợ tốt hơn cho việc áp dụng EV, giúp thúc đẩy các cam kết không phát thải và một tương lai bền vững hơn, kiên cường hơn và trung hòa carbon.
Pin nhiên liệu hydro để sạc EV – Exponent,
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
