Sử dụng hydro để chống biến đổi khí hậu và tăng chi phí máy bay thương mại

Câu chuyện về cung và cầu

Hãy tưởng tượng điều này: bạn dự định bay từ Thành phố New York đến Miami. Có lẽ đã đến lúc đi nghỉ, và còn nơi nào tuyệt vời hơn ở nơi có khí hậu ấm áp hơn ở Florida, được bao quanh bởi khung cảnh tiệc tùng sôi động ở Miami? Bạn vừa chuẩn bị mua vé thì nhìn thấy: giá - hơn 150 đô la cho một vé hạng phổ thông, vào tháng 1, không hơn không kém. Một chiếc Honda Accord trung bình có thể đưa bạn đến đó với chi phí nhiên liệu khoảng 100 USD. Mặc dù việc lái xe từ NYC đến Miami mang theo những chi phí bổ sung khi đặt phòng khách sạn nếu bạn không muốn lái xe thẳng tiến cũng như dừng lại để ăn uống, nhưng vẫn rất thú vị khi nghĩ về thực tế đó trên giấy tờ. , lái xe rẻ hơn bay tới Miami. Đưa cái gì?

Giá vé máy bay là trò chơi cung cầu. Lưu lượng hàng không quốc tế đã tăng vọt lên tới 89,4%, có nghĩa là các hãng hàng không đang phải vật lộn để đáp ứng tất cả nhu cầu bổ sung về chuyến bay. Kinh tế cung cầu đơn giản cho chúng ta biết sự mất cân bằng này dẫn đến tăng giá. Nhưng đó không phải là tất cả.

Chi phí nhiên liệu của các hãng hàng không chiếm khoảng 20–40% tổng chi phí của họ. Trong trường hợp của Delta Airlines, ước tính khoảng 8,2 tỷ USD sẽ được chi cho riêng nhiên liệu vào năm 2023. Mức tăng giá này cũng là một ví dụ điển hình về cung và cầu. Giá nhiên liệu đã tăng vọt, như tất cả những người sở hữu ô tô chúng ta đều biết, và nhiên liệu máy bay cũng không ngoại lệ. Do đó, các hãng hàng không phải tăng giá vé để trang trải chi phí vận hành. Mặc dù trên toàn thế giới, chi phí nhiên liệu đang giảm dần và các hãng hàng không đã quản lý tốt hơn nhu cầu về chuyến bay, nhưng thực tế là việc đi máy bay đơn giản là đắt hơn bao giờ hết kể từ năm 2019. Những trường hợp như một cặp vợ chồng ở NYC chi 6000 đô la cho chuyến khứ hồi tới Amsterdam đã trở thành hiện thực. tầm thường hơn. Nếu ngành hàng không hy vọng duy trì mức giá phải chăng cho người tiêu dùng bình thường thì điều này không thể tồn tại được. Chúng ta làm gì?

Giới thiệu Hydro mạnh mẽ

Chúng tôi giải quyết khoản chi tiêu lớn nhất của hãng hàng không và lý do chính khiến giá vé cao: chi phí nhiên liệu máy bay. Nhiên liệu máy bay phản lực rất đắt, trung bình ở mức 105,3 USD/thùng vào năm 2024, dự kiến ​​sẽ tăng vào năm 2025 lên 106,3 USD/thùng. Trên hết, nhiên liệu máy bay có thói quen xấu là thải ra các khí nhà kính như carbon dioxide. Trên thực tế, hàng không chiếm 2% tổng lượng khí thải carbon toàn cầu, con số này dự kiến ​​sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2050. Do đó, điều tốt nhất chúng ta có thể làm cho ví tiền và môi trường của mình là thay thế hoàn toàn nhiên liệu máy bay.

Đối với tôi, nhiên liệu thay thế thú vị nhất là hydro, với hiệu suất năng lượng của nó cao gấp ba lần so với xăng và dầu diesel, hiệu suất đạt 60% so với nhiên liệu máy bay chỉ ở mức 30–40% và có khả năng giảm đáng kể chi phí nhiên liệu do giảm chi phí nhiên liệu. trọng lượng nhiên liệu có nghĩa là cần ít nhiên liệu hơn để đạt được chuyến bay tổng thể. Phải chăng đây là ân huệ cứu rỗi ngành hàng không? Có thể, nhưng tôi muốn biết thêm về những gì hydro có thể làm và điều gì đang cản trở nó. Nếu hydro tốt như được quảng cáo nhưng không được sử dụng rộng rãi thì chắc chắn còn thiếu thứ gì đó.

Henry chiếc xe hydro

Vì vậy, tôi quyết định chế tạo một chiếc ô tô RC chạy bằng hydro để kiểm tra khả năng tồn tại của hydro làm nguồn nhiên liệu và xác định các vấn đề nghiêm trọng với hydro khiến nó không được áp dụng rộng rãi. Vậy tôi đã làm điều đó như thế nào, tôi đã học được gì và liệu nó có thể mở rộng sang ngành hàng không không?

Trước hết, tôi cần một chiếc xe RC. Có hydro ở xung quanh để tạo ra năng lượng là điều tuyệt vời, nhưng sẽ vô ích nếu nó không cung cấp năng lượng. Vì vậy, tôi đã tìm kiếm một chiếc ô tô RC, tốt nhất là một chiếc có khu vực pin dễ tiếp cận, để tôi có thể nối dây lại để cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu hydro của mình. Tôi đã tìm thấy tất cả những thứ đó và hơn thế nữa với một mức giá tương đối rẻ. Thay vì phải đi dây lại toàn bộ chiếc xe RC, Horizon Educational đã có một bộ cung cấp cho chiếc xe, pin nhiên liệu và hệ thống dây điện cần thiết để chiếc xe hoạt động. Tuyệt vời! Tôi mua bộ dụng cụ và nước cất mà tôi có thể phân tách bằng phương pháp hóa học để thu được hydro rồi đợi cho đến khi chiếc ô tô cuối cùng đã đỗ trên hiên nhà tôi.

Cuối cùng khi nó đã đến nơi, phần khó khăn nhất bắt đầu: lắp ráp. Tôi đủ hiểu biết về hydro, hóa học và kỹ thuật để hiểu chiếc xe sẽ hoạt động như thế nào về mặt lý thuyết, nhưng đây là lần đầu tiên tôi thực hiện một dự án thực hành với hydro. Tôi không muốn nửa vời hay bỏ dở dự án và mất chỗ khi quay lại, nên ở đó, trong góc phòng, chiếc xe tên Henry đã nằm đó khoảng ba ngày cho đến khi tôi cảm thấy mình có đủ thời gian rảnh để hạ gục nó trong một lần ngồi.

Điều đầu tiên tôi làm sau khi mở hộp tất cả các bộ phận và pin nhiên liệu là lắp đặt hệ thống dây điện trong xe. Tôi đánh mã màu cho dây màu đen từ động cơ đến cực âm trong pin nhiên liệu và dây màu đỏ từ động cơ đến cực dương trong pin nhiên liệu.

Sau đó, tôi nối và lắp thêm hai ống vào hai bên xe. Một cái để tôi cho hydro vào và nếu cần thì lấy nó ra. Cách thứ hai là để hơi nước được hình thành như một sản phẩm phụ của quá trình hóa học của pin nhiên liệu được giải phóng.

Sau khi đảm bảo mọi thứ đều trông ổn, tất cả các kết nối đều ổn và không có sự đứt mạch nào có thể ngăn điện cung cấp năng lượng cho động cơ, tôi vặn mọi thứ vào, điều này đặc biệt khó khăn vì chiếc xe quá nhỏ và cầu kỳ. Tôi đã phải đấu tranh để ngăn các ốc vít bung ra trước khi tôi có thể siết chặt nó. Có lúc, tôi sợ hãi khi nghĩ rằng mình đã tháo được con ốc vít, nhưng may mắn là không phải vậy, và dự án không thất bại.

Bây giờ tôi phải tạo ra hydro để cung cấp năng lượng cho ô tô. Trong trường hợp thương mại hoặc công nghiệp sử dụng năng lượng hydro, bạn sẽ không tách nước thành hydro và oxy chỉ để cải tạo nước trong pin nhiên liệu, vì điều đó cực kỳ kém hiệu quả và dẫn đến năng lượng được sử dụng để tạo ra hydro nhiều hơn mức thu được từ pin nhiên liệu thực tế. Tuy nhiên, tôi đang làm việc dựa trên ngân sách nên đó là lựa chọn tốt nhất của tôi. Sau khi đổ nước cất của tôi vào máy điện phân của Horizon (về cơ bản cho phép điện chạy vào nước, tách nó thành khí hydro và khí oxy) và chuyển hydro vào xe, Henry đã sẵn sàng.

Thời điểm của sự thật đã đến; Tôi bật công tắc để pin nhiên liệu hoạt động và nhấn điều khiển từ xa. Và thế là, Henry đã ngừng sử dụng năng lượng hoàn toàn thu được từ hydro! Tuyệt vời, đó là cách tôi đã làm. Nhưng chính xác thì tại sao điều này lại hiệu quả?

Trong hầu hết các pin nhiên liệu hydro, hydro được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hệ thống đi vào tế bào từ một đầu và oxy từ môi trường xung quanh đi vào từ đầu kia. Hydro có tính phản ứng cao và oxy có độ âm điện cao, nghĩa là nó thích lấy electron từ các nguyên tố khác, trong trường hợp này là hydro, tạo thành liên kết dẫn đến sản phẩm phụ là hơi nước và điện. Dòng điện này có thể được truyền qua một sợi dây để thực hiện công việc như cung cấp năng lượng cho động cơ và khi động cơ này được điện đưa vào hoạt động thì các bánh xe sẽ quay. Ta-da! Xe RC di chuyển.

Suy nghĩ và suy ngẫm kết luận

Không có thí nghiệm tốt nào được hoàn thành nếu không có khám nghiệm tử thi và suy ngẫm. Tôi đã học được gì từ trải nghiệm này? Đầu tiên, hydro trong pin nhiên liệu tạo ra công suất đầu ra nhỏ đến mức ngu ngốc. Một pin nhiên liệu trung bình tạo ra điện áp từ 0,7 đến 1,0V, hầu như không đủ để làm bất cứ điều gì. Kết quả là bánh xe quay cực kỳ chậm. Nếu hydro trở thành xu hướng chủ đạo, nó sẽ cần được sử dụng theo cách tương tự như cách hoạt động của pin nhiên liệu điện: xếp thành từng ngăn.

Nhu cầu về nhiều pin nhiên liệu hơn đưa tôi đến vấn đề thứ hai: chi phí. Chế tạo và vận hành pin nhiên liệu hydro rất tốn kém, đồng thời với việc thiếu đầu tư tổng thể vào cơ sở hạ tầng hydro, việc sản xuất đủ pin với giá rẻ để giúp chuyến bay thương mại trở nên tiết kiệm là một thách thức. Tuy nhiên, giống như hầu hết các công nghệ mới nổi, giá có thể và sẽ giảm mạnh và với sự đầu tư nhiều hơn từ các công ty và chính phủ, hydro có thể trở nên khả thi về mặt kinh tế trong tương lai gần.

Cuối cùng, vấn đề cuối cùng tôi gặp phải là nhu cầu mở rộng hơn trong dự án. Pin nhiên liệu nhỏ và không thể chứa nhiều hydro. Vì vậy, Henry chết sau khoảng mười phút. Mặc dù đây không phải là vấn đề với hydro làm nguồn nhiên liệu, nhưng nó là vấn đề khiến tôi không thể thực sự kiểm tra khả năng của ô tô chạy bằng hydro.

Tuy nhiên, nhìn chung, dự án này rất phong phú. Tôi bắt đầu dự án kinh doanh hydro đầu tiên của mình, điều mà tôi thường không bao giờ làm nếu không có sự thúc đẩy từ TKS, và tôi đã tìm cách tìm ra điều gì khiến hydro hoạt động và điều gì cản trở nó. Để đạt được mục tiêu đó, dự án này đã rất thành công khi tôi hiểu biết rộng hơn về pin nhiên liệu hydro trong mạch điện cũng như những hạn chế cơ bản mà bất kỳ ai coi hydro là tương lai của năng lượng sẽ cần phải hiểu và giải quyết. Với kiến ​​thức này, tôi có thể tấn công dự án tiếp theo của mình với kiến ​​thức và hiểu biết bổ sung, đồng thời tôi nóng lòng muốn xem điều đó có thể đưa tôi đến đâu. Có lẽ tôi có thể là người làm cho hydro trở nên khả thi về mặt thương mại, cải thiện môi trường và giảm giá vé từ NYC đến Miami xuống một ít.