Xe chạy bằng hydro thất bại, nhưng pin nhiên liệu đang tìm thấy sự sống mới trên xe tải và tàu thuyền

Xe chạy bằng hydro thất bại, nhưng pin nhiên liệu đang tìm thấy sự sống mới trên xe tải và tàu thuyền

Xe tải khai thác, máy trộn xi măng và máy kéo đầu cuối dường như là ứng dụng hoàn hảo của pin nhiên liệu hydro. Nhưng chúng cũng gặp phải những thách thức tương tự về giá cả và nhiên liệu.
Andrew J. Hawkins, biên tập viên giao thông với hơn 10 năm kinh nghiệm, người đưa tin về xe điện, phương tiện giao thông công cộng và hàng không. Tác phẩm của ông đã xuất hiện trên The New York Daily News và City & State.

Ảnh của Pitcha Dangprasith / AFP qua Getty Images

Hai mươi năm trước, có vẻ như xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro sẽ có tương lai tươi sáng.

Những chiếc xe này thật tuyệt — những chiếc xe mui kín sang trọng với nội thất bóng bẩy và màn hình cảm ứng mang phong cách tương lai. Chúng thân thiện với môi trường, chỉ có hơi nước là sản phẩm phụ. Các cơ quan quản lý đã tham gia, hứa hẹn những khoản đầu tư lớn cho cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu. Một khoản cược vào nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ trong cuộc chiến chống ô nhiễm không khí và cuối cùng là biến đổi khí hậu dường như là một điều chắc chắn.

Nhưng mặc dù đã bán được hàng chục nghìn xe và chi hàng tỷ đô la cho việc tiếp nhiên liệu, khoản cược đó vẫn chưa được đền đáp. California vẫn là tiểu bang duy nhất trong cả nước có bất kỳ loại cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro nào, với chưa đến 50 trạm hiện đang hoạt động. Doanh số bán xe về cơ bản đã sụp đổ: chỉ có 322 xe chạy bằng pin nhiên liệu được bán trong nửa đầu năm 2024, thấp hơn 82 phần trăm so với một năm trước.

Cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu cũng có vẻ như đang bên bờ vực sụp đổ. Các trạm đang đóng cửa và những trạm vẫn đang hoạt động thường xuyên ngoại tuyến do sự cố công nghệ và tình trạng thiếu nhiên liệu. Giá hydro tiếp tục tăng khi các vấn đề về sản xuất và tình trạng thiếu hụt nguồn cung làm chao đảo thị trường.

CEO của Tesla, Elon Musk, gọi xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro là "vô cùng ngu ngốc"

Những người chỉ trích đã chỉ trích hydro là một cách không hiệu quả và phi logic để khử cacbon cho giao thông. Xét cho cùng, xe chạy bằng pin điện đã tồn tại. CEO của Tesla, Elon Musk, gọi xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro là "vô cùng ngu ngốc".

Nhưng hydro vẫn có tiềm năng thay đổi cuộc chơi trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, nếu chúng ta có thể tìm ra giải pháp tốt hơn. Bất chấp những thất bại ban đầu, các công ty lớn vẫn đang đổ hàng tỷ đô la vào công nghệ này. Các chính phủ đang lập kế hoạch cơ sở hạ tầng và thông qua các khoản tín dụng thuế với hy vọng rằng họ có thể giúp đỡ.

Nếu pin nhiên liệu hydro muốn tồn tại, thì đã đến lúc phải nghĩ lớn hơn.

Chúng tôi cố gắng băng qua California bằng một chiếc ô tô chạy hoàn toàn bằng khí hydro — Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV).

Ra khơi

Chiếc thuyền lắc lư trên mặt nước gần Phố Wall trông không giống những chiếc thuyền khác thường xuất hiện trên các tuyến đường thủy đông đúc của New York. Đầu tiên, nó không thải ra khói diesel như tất cả các container vận chuyển, tàu chở dầu và xà lan chở rác. Trên thực tế, nó không thải ra bất kỳ chất gây ô nhiễm nào.

Con tàu có tên là Energy Observer, là một chiếc thuyền catamaran đua kiểu Pháp dài 100 foot được lắp thêm tấm pin mặt trời, hấp thụ ánh sáng mặt trời chậm rãi để truyền đến bốn cục pin lithium-ion nằm bên dưới boong tàu. Các tấm pin này bao phủ gần như toàn bộ bề mặt thuyền, vì vậy bạn phải đi giày vải đặc biệt để lên thuyền — hoặc chỉ cần đi chân trần.

Vào một ngày nhiều mây vào tháng 4 năm ngoái, con tàu vừa hoàn thành chuyến hành trình kéo dài bảy năm vòng quanh thế giới, ghé thăm nhiều quốc gia để truyền bá phúc âm về năng lượng tái tạo. Energy Observer về cơ bản là một phòng thí nghiệm nổi, nơi thủy thủ đoàn gồm sáu người có thể tiến hành các thí nghiệm về năng lượng bền vững để chứng minh cách sử dụng năng lượng này để cung cấp năng lượng cho mọi loại tàu.

Phần bên trong của Energy Observer, nơi một pin nhiên liệu do Toyota sản xuất tạo ra một phần năng lượng. 
Ảnh: Getty

Chiếc thuyền tạo ra toàn bộ năng lượng cần thiết để di chuyển và thực hiện điều đó thông qua ba phương pháp khác nhau. Phương pháp đầu tiên là năng lượng mặt trời, thông qua các tấm pin đã đề cập ở trên. Phương pháp thứ hai là năng lượng gió, được tạo ra thông qua hai cột buồm đôi khổng lồ trông giống như hai cánh máy bay thẳng đứng. Phi hành đoàn gọi những thứ này là "Ocean Wings" và chúng tạo ra khoảng 30 phần trăm công suất đẩy của thuyền và có thể di chuyển thuyền lên tới 12 hải lý mà không ảnh hưởng đến mức tiêu thụ điện của thuyền.

Thứ ba là hydro, hoạt động như thế này: Nước biển được lọc qua vỏ tàu để khử muối và làm sạch trước khi máy điện phân tách H20 thành hydro và oxy. Sau đó, hydro được chuyển đổi thành điện nhờ pin nhiên liệu Toyota, một phiên bản tương tự của công nghệ được sử dụng trong các xe ô tô chạy bằng hydro của hãng sản xuất ô tô này, thải ra hơi nước thay vì ô nhiễm carbon.

Sau đó, hydro được chuyển đổi thành điện nhờ pin nhiên liệu Toyota

"Đó thực sự là mục đích của con tàu", George Conty, thuyền trưởng người Thụy Sĩ vui vẻ của con tàu cho biết, "sản xuất hydro từ hỗn hợp các nguồn năng lượng tái tạo".

Energy Observer không quá nhanh, tốc độ tối đa chỉ khoảng 11 hải lý, chậm hơn nhiều so với một chiếc catamaran thông thường. Những ngày đua của nó đã qua lâu rồi, điều này cũng dễ hiểu vì tốc độ không phải là nhiệm vụ tối thượng của con tàu. 

Đây là một dự án trình diễn nhằm chứng minh rằng hydro từ các nguồn tái tạo có thể là một giải pháp thay thế khả thi cho dầu diesel và các nhiên liệu gây ô nhiễm khác được sử dụng trong hàng hải.

Vận chuyển chiếm khoảng 3 phần trăm khí nhà kính, tương tự như bay. Nhìn chung, vận tải chiếm hơn một phần tư tổng lượng khí thải làm nóng hành tinh. Việc khử cacbon cho ngành này sẽ là một thách thức to lớn và pin lithium-ion không thể tự mình thực hiện được.

Nhóm Energy Observer không chỉ trông cậy vào một chiếc catamaran dài 100 foot để chứng minh quan điểm của mình. Một tàu chở hàng khổng lồ kế nhiệm có tên Energy Observer 2 vẫn đang trong giai đoạn lập kế hoạch. Và nếu các công ty hỗ trợ dự án có thể huy động đủ tiền để tài trợ cho việc tạo ra nó — và đó là một điều kiện rất lớn — thì nó có khả năng chứng minh rằng hydro lỏng xứng đáng được thảo luận cùng với các giải pháp thay thế ít thải carbon khác như nhiên liệu sinh học, amoniac và khí tự nhiên.

Energy Observer 2 sẽ có thể vận chuyển 1.100 container vận chuyển dài 20 feet qua quãng đường 1.800 hải lý

Sau khi được chế tạo, Energy Observer 2 sẽ có thể vận chuyển 1.100 container vận chuyển dài 20 feet qua quãng đường 1.800 hải lý — không đủ cho một chuyến vượt Đại Tây Dương, nhưng đủ cho các chuyến đi liên lục địa. Giống như người tiền nhiệm của nó, tàu chở hàng này cũng sẽ chạy bằng pin nhiên liệu hydro do các công ty ô tô như Toyota cung cấp — chỉ là nhiều hơn rất nhiều. Hơn 100 pin nhiên liệu, sử dụng hơn 40 tấn hydro lỏng, tạo ra khoảng 4,8 megawatt điện.

"Không có dự án nào trên thế giới có sức mạnh này", Victorien Erussard, thuyền trưởng của con tàu, nói với tôi. Nhưng dự án của ông đã gặp phải những vấn đề quen thuộc về chi phí và cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu. Đây sẽ không phải là một quá trình chuyển đổi dễ dàng. Sẽ cần nhiều nhà đầu tư hơn, nhiều người ủng hộ hơn và nhiều người thực sự tin tưởng vào hydro hơn để thực hiện thành công.

“Nhiều, nhiều, nhiều thuyền nữa,” Erussard nói.

Xe tải
Nhưng cũng có xe tải — mà General Motors biết một hoặc hai điều về nó. Đặc biệt là những chiếc xe có kích thước khổng lồ đủ lớn để xử lý những tải trọng nặng nhất.

GM là một trong những nhà sản xuất ô tô đầu tiên lắp pin nhiên liệu hydro vào xe. Chiếc Electrovan 1966 của công ty, một chiếc GMC Handi-Bus được chuyển đổi với năng lượng hydro-oxy, được cho là có thể đạt tốc độ 70 dặm/giờ và di chuyển được 150 dặm.

Ngày nay, những chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu của công ty trông có vẻ hơi khác một chút. Bộ phận Hydrotec của GM đang đầu tư vào xe tải hạng nặng — hãy nghĩ đến thiết bị khai thác, máy trộn xi măng và máy kéo đầu cuối — cũng như một số xe hạng trung. Ý tưởng là sử dụng hydro để khử cacbon cho các ngành công nghiệp nặng, điều này không phù hợp với các loại xe chạy bằng pin điện sạc chậm.

Ngay cả những thiếu sót sâu sắc về nhiên liệu của hydro cũng có thể dễ dàng khắc phục. Xe tải hạng nặng thường hoạt động trong không gian hạn chế, như công trường xây dựng, nhà kho, cảng và mỏ đá. Trong những trường hợp đó, các trạm tiếp nhiên liệu có thể được đặt ở vị trí trung tâm để phục vụ cho toàn bộ đội xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro. Không cần phải có trạm tiếp nhiên liệu hydro ở mọi góc phố dân cư.

GM là một trong những nhà sản xuất ô tô đầu tiên lắp pin nhiên liệu hydro vào xe

Giám đốc điều hành của Hydrotec, Charlie Freese, cho biết với tôi rằng vẫn còn "giai đoạn đầu". GM vẫn đang thử nghiệm công nghệ của mình để xem loại nào hiệu quả và loại nào không. Ngoài xe tải, còn có cả pin nhiên liệu, được đóng gói thành một khối lập phương, được gọi là Power Cubes. Những khối lập phương này, được phát triển cùng với Honda, có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một số loại xe khác nhau. Chúng thậm chí có thể được sử dụng cho máy phát điện cố định cho các sự kiện ngoài trời, thay thế cho tất cả các máy phát điện diesel bẩn đang được sử dụng hiện nay.

Freese cho biết các nhà sản xuất ô tô khác, như Toyota, đã vội vã tham gia thị trường xe chở khách trước khi cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu được đưa vào hoạt động. Toyota Mirai, chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu chính thống đầu tiên được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2014, có thể là một chiếc xe mang tính đột phá vào thời điểm đó, nhưng giờ đây nó lại là một gánh nặng đối với nhiều chủ sở hữu.

Freese cho biết "Rõ ràng là đó sẽ không phải là một trải nghiệm bổ ích". "Công nghệ này thực sự phù hợp nhất với những chiếc xe nặng nhất, những chiếc xe chở tải trọng lớn, di chuyển quãng đường dài nhất và cần tiếp nhiên liệu rất nhanh".

GM chưa tung ra xe chạy bằng pin nhiên liệu cho thị trường tiêu dùng, nhưng liên doanh của hãng với Honda vừa bắt đầu sản xuất hàng loạt pin nhiên liệu tại nhà máy Michigan vào đầu năm nay. Và một chiếc xe tải hạng trung, dựa trên Chevy Silverado 5500, đang trên đường ra mắt. GM cho rằng đây có thể là chiếc xe tải làm việc lý tưởng cho những người nông dân.

Freese thừa nhận "Nó sẽ không hoàn hảo ngay từ đầu". Hầu hết hydro ở Hoa Kỳ được gọi là "hydro xám", nghĩa là nó được sản xuất thông qua một quy trình gọi là cải tạo khí mê-tan bằng hơi nước, thải ra khí nhà kính. Hy vọng cuối cùng là chuyển sang “hydro xanh”, được tạo ra từ các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió. Nhưng chúng ta vẫn chưa đạt được điều đó.

“Nếu tôi sử dụng pin nhiên liệu hydro, tôi đang làm xanh đội xe của mình, ngay cả khi đó là hydro xám”, Freese nói. 

“Và theo thời gian, hydro xám có thể được thay thế bằng hydro xanh. Nhưng điều đó đòi hỏi nhiều hơn là xây dựng cơ sở hạ tầng… chúng phải cùng nhau phát triển.”

Allen J. Schaben / Los Angeles Times qua Getty Images

Thất bại trong việc cung cấp nhiên liệu

Jacob Brouwer là một trong những người đầu tiên sử dụng hydro. Ông đã lái một chiếc Toyota Mirai trong hơn bảy năm, bị thu hút bởi khả năng tăng tốc mượt mà, phạm vi hoạt động đáng tự hào và nội thất sang trọng của nó. Thẻ nạp nhiên liệu trả trước trị giá 15.000 đô la của Toyota cũng không gây hại gì.

Nhưng hiện nay, ông lái một chiếc Tesla. Điều này không phản ánh tốt về hydro khi giám đốc Viện Năng lượng Sạch của UC Irvine quyết định rằng một chiếc xe do Elon Musk sản xuất tốt hơn một chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu. Ông đổ lỗi cho các cơ quan quản lý năng lượng của California vì đã lúng túng trong việc triển khai, không đạt được 200 trạm đã hứa và khiến dự án không hoàn thành.

“Chúng tôi đã không hoàn thành kế hoạch”, Brouwer nói. “Tôi cảm thấy rất tệ cho những người sở hữu Mirai”.

“Tôi cảm thấy rất tệ cho những người sở hữu Mirai.”

Nhưng mặc dù có kinh nghiệm trực tiếp với những thiếu sót, ông không bi quan như hầu hết mọi người khi nói đến tương lai của hydro. Ngoài thuyền và xe tải hạng nặng, ông thấy nhiều ứng dụng hoàn hảo cho công nghệ pin nhiên liệu, bao gồm máy kéo, xe buýt, xe chở hàng, tàu hỏa, xe hybrid hạng nhẹ và thậm chí cả hàng không.

Thật vậy, đã có một số thí nghiệm hấp dẫn về chuyến bay chạy bằng pin nhiên liệu. Joby Aviation đang phát triển phiên bản chạy bằng hydro của máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng cho các chuyến bay dài hơn giữa các thành phố. Và American Airlines gần đây đã đồng ý mua 100 động cơ điện hydro từ ZeroAvia, một công ty khởi nghiệp hàng không chạy bằng pin nhiên liệu, để cung cấp năng lượng cho máy bay phản lực khu vực của mình.

Hàng không đặc biệt khó khử cacbon; máy bay cần phải đủ nhẹ để có thể bay và pin lithium-ion nặng sẽ làm hỏng tỷ lệ đó. So sánh thì hydro thực tế rất nhẹ.

Brouwer cho biết hydro còn có nhiều ứng dụng ngoài vận tải. Xi măng và thép chiếm khoảng 12 phần trăm lượng khí thải nhà kính. Hydro phù hợp hơn với việc khử cacbon trong sản xuất xi măng và thép so với pin. Các trung tâm dữ liệu chứa máy chủ cung cấp năng lượng cho sự bùng nổ AI — bạn cũng có thể chạy chúng bằng hydro. Danh sách còn dài.

Nhưng đối với một nguyên tố dồi dào như hydro, việc tìm thấy nó có thể vô cùng khó khăn.

"Điện có ở khắp mọi nơi, nhưng hydro thì không"

Để tất cả các ứng dụng này trở thành hiện thực, để trở thành nhiều hơn là những thí nghiệm được tôn vinh như Energy Observer hay Power Cubes của GM, chúng cũng cần cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu phải phát triển. Xe chạy bằng pin điện chưa bao giờ tệ đến thế. Chắc chắn, trải nghiệm sạc công cộng cho xe điện còn nhiều điều đáng mong đợi. Nhưng điện đã có một khởi đầu lớn.

"Điện đến với mọi doanh nghiệp", Brouwer nói. "Điện có ở khắp mọi nơi, nhưng hydro thì không".

Ông nghĩ rằng nó có thể đạt được điều đó. Chính quyền Biden đang tập trung vào hydro, phê duyệt các khoản tín dụng thuế để hỗ trợ sản xuất hydro xanh và phân bổ 7 tỷ đô la cho các trung tâm sản xuất khu vực trên khắp Hoa Kỳ. Mọi thứ vẫn có vẻ ảm đạm đối với chủ sở hữu xe Toyota Mirai trung bình, nhưng những đám mây dường như đang tan đối với mọi thứ không phải là xe hạng nhẹ.

"Chúng ta đang ở giai đoạn đầu của sự khởi đầu", Brouwer nói. Thật kỳ lạ khi nghĩ về một công nghệ đã tồn tại hàng thập kỷ, nếu không muốn nói là hàng thế kỷ. Nhưng cuối cùng thì có vẻ như hydro đã sẵn sàng để tự mình gánh vác.

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