Xe lửa và xe tải hydro sắp ra đời — dù tốt hơn hay tệ hơn
California sắp có chuyến tàu hydro đầu tiên và nhiều phương tiện H2 khác đang trên đường vận chuyển. Nhưng vai trò của chúng trong việc vận chuyển khử cacbon vẫn còn là vấn đề tranh luận.
Bản vẽ của một nghệ sĩ về tàu chạy bằng pin nhiên liệu hydro ở California (Caltrans)
Khi một chuyến tàu mới đẹp mắt lăn bánh vào Nam California vào cuối năm nay, đây sẽ là chuyến tàu đầu tiên trong cả nước và là một trong số ít trên toàn cầu chạy bằng hydro.
Chuyến tàu chở khách bốn toa dự kiến sẽ đến Quận San Bernardino vào mùa hè này sau khi hoàn thành quá trình thử nghiệm tại một cơ sở liên bang ở Colorado. Động cơ điện của nó được cung cấp năng lượng bằng sự kết hợp giữa pin và pin nhiên liệu, pin nhiên liệu này chuyển đổi hydro thành điện năng — chỉ thải ra hơi nước chứ không thải ra chất ô nhiễm độc hại mà động cơ diesel thải ra.
Sẽ sớm có thêm nhiều chuyến tàu hydro nữa. Năm ngoái, Bộ Giao thông Vận tải California, hay Caltrans, đã ký một hợp đồng trị giá 80 triệu đô la cho bốn bộ mô hình đường dài sẽ liên kết các thành phố ở Thung lũng Trung tâm bắt đầu từ năm 2027. Công ty Stadler Rail của Thụy Sĩ có cơ sở sản xuất ở Salt Lake City, đang sản xuất các căn hộ cho cả hai dự án.
Kyle Gradinger, trợ lý phó giám đốc vận tải đường sắt của Caltrans cho biết: “Chúng tôi nghĩ rằng đây sẽ là một trong những công nghệ hứa hẹn nhất cho các hành lang [đường sắt] điển hình ở California.
Các đoàn tàu chạy bằng pin nhiên liệu sẽ bắt đầu hoạt động vào thời điểm quan trọng nhưng cũng gây nhiều tranh cãi đối với hoạt động vận tải chạy bằng hydro ở California và xa hơn nữa.
Golden State đã nỗ lực trong nhiều thập kỷ để hạn chế lượng khí thải có hại từ ống xả từ động cơ đốt dầu diesel và xăng ở các thành phố đầy khói bụi — một nỗ lực đang được nhân rộng ở hơn một chục tiểu bang. California đã đặt ra các chính sách ngày càng nghiêm ngặt và đầu tư hàng tỷ đô la theo thời gian để vừa thúc đẩy phát triển vừa thúc đẩy việc áp dụng các công nghệ “không phát thải” cho ô tô, xe buýt, xe tải, đường sắt và thiết bị chở hàng hạng nặng.
Tàu chạy bằng pin nhiên liệu hydro của Stadler Rail sắp tới Nam California. (John MacDougall/AFP qua Getty Images)
Ngày nay, phần lớn các phương tiện không phát thải chỉ sử dụng pin. Nhưng thị trường xe hydro nhỏ bé của bang gần đây đã nhận được cú sốc lớn từ chính quyền Biden.
Cuối năm ngoái, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã trao 1,2 tỷ đô la cho California để thành lập một trong bảy “trung tâm hydro sạch” trên toàn quốc, thông qua chương trình được tạo ra bởi Luật Cơ sở hạ tầng Lưỡng đảng năm 2021. Ở California, phần lớn nguồn tài trợ sẽ được hướng tới việc tăng tốc các xe tải chạy bằng hydro hạng nặng và xây dựng cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu cần thiết. Tương tự, xe lửa và xe buýt chạy bằng hydro dự kiến sẽ phát triển nhanh chóng khi có sẵn nguồn cung cấp H2 sạch.
Lewis Fulton thuộc Đại học California–Davis, người đang chủ trì nhóm công tác vận tải trong trung tâm hydro của California, cho biết: “Chúng ta đang bước vào một kỷ nguyên mới”.
Các trung tâm khu vực cũng có mục tiêu tự làm sạch quá trình sản xuất hydro, vì gần như toàn bộ H2 ngày nay được tạo ra bằng khí hóa thạch bằng các phương pháp sử dụng nhiều năng lượng. Giải pháp thay thế có lượng carbon thấp nhất là sản xuất hydro bằng nước và điện tái tạo thông qua quá trình điện phân, một quy trình chưa diễn ra ở quy mô thương mại.
Khi thị trường xe H2 phát triển, mối quan tâm về môi trường cũng tăng theo
Vẫn còn nhiều câu hỏi về việc liệu hydro có thể hoặc nên đóng vai trò nổi bật trong việc khử cacbon trong giao thông vận tải mặt đất hay không, đặc biệt là khi có sẵn các công nghệ khả thi khác — bao gồm pin cho ô tô và điện khí hóa trực tiếp cho tàu hỏa — làm giải pháp thay thế.
Hiện tại, vai trò của hydro trong lĩnh vực này khá hạn chế.
Tính đến tháng 6 năm 2023, chỉ 15 xe tải chạy bằng pin nhiên liệu hạng nặng được triển khai trên toàn quốc, so với hơn 17.700 xe tải chạy bằng pin-điện và xe tải chở hàng, theo số liệu mới nhất của Calstart, một tập đoàn vận tải sạch. Trong số 5.500 xe buýt vận chuyển không phát thải trên đường vào năm 2022, chỉ có khoảng 210 xe buýt — hoặc 4% — sử dụng pin nhiên liệu thay vì pin, Calstart đưa tin.
Đối với xe chở khách, gần 3.000 ô tô chạy pin nhiên liệu đã được bán ở Hoa Kỳ vào năm 2023. Con số này không là gì so với con số kỷ lục 1,2 triệu xe điện mà người Mỹ mua năm ngoái, chiếm 7,6% tổng thị trường ô tô ở Hoa Kỳ.
Tuy nhiên, thị trường xe chạy bằng nhiên liệu hydro vẫn đang mở rộng đều đặn nhờ có nhiều ưu đãi của liên bang và tiểu bang, bao gồm chương trình tài trợ trị giá 276 triệu đô la cho cơ sở hạ tầng hydro ở California.
Nhà sản xuất phương tiện Nikola Corp. cho biết họ đã sản xuất 42 xe bán tải chạy bằng khí hydro vào năm ngoái và dự kiến sẽ sớm được đưa vào sử dụng. Các cơ quan vận tải công cộng ở California có thể sẽ đặt hàng thêm hàng trăm xe buýt chạy bằng hydro trong những năm tới khi họ nỗ lực đáp ứng thời hạn của tiểu bang để đạt được các hoạt động không phát thải. Và nếu mọi việc diễn ra suôn sẻ với những đoàn tàu chạy bằng hydro đầu tiên, Caltrans có thể đặt hàng thêm tới 25 tổ tàu theo hợp đồng với Stadler Rail.
Một chiếc xe tải nguyên mẫu chạy bằng pin nhiên liệu chạy dọc đường thử. (Uwe Anspach/liên minh hình ảnh qua Những hình ảnh đẹp)
Những người chỉ trích việc thúc đẩy sử dụng năng lượng hydro của bang có hai mối lo ngại chính.
Đầu tiên, các nhà phân tích năng lượng và các nhà bảo vệ môi trường lo ngại rằng những khoản tiền khổng lồ của người nộp thuế sẽ bị lãng phí vào việc cải tiến công nghệ và cơ sở hạ tầng cho các ứng dụng ít hoặc không cần đến hydro. Thứ hai, họ lo ngại rằng việc sử dụng hydro sạch theo những cách dưới mức tối ưu sẽ khiến các ngành công nghiệp khác khó có được nguồn cung cấp H2 cần thiết hơn và tốn kém hơn.
James Dixon, kỹ sư và giảng viên giao thông vận tải tại Đại học Strathclyde ở Scotland, cho biết: “Hydro nên được giữ lại cho những lĩnh vực thực sự không có giải pháp thay thế”.
Ví dụ: các chuyến bay đường dài và vận chuyển quốc tế đều được cho là sẽ dựa vào nhiên liệu có nguồn gốc từ hydro để giảm lượng khí thải nhà kính từ hoạt động của họ. Hiện chưa có giải pháp khả thi nào khác để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong các máy bay phản lực và tàu khổng lồ.
Đó không phải là trường hợp của hầu hết các phương tiện mặt đất. Khi pin và công nghệ sạc pin được cải thiện, điện ngày càng trở thành nguồn nhiên liệu đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí hơn nhiều cho không chỉ các phương tiện tiêu dùng mà còn cho cả xe tải hạng nặng và đường dài. Khi nói đến đường sắt, điện khí hóa được công nhận rộng rãi trong ngành là cách hiệu quả và bền vững nhất để cung cấp năng lượng cho tàu hỏa.
Brian Yanity, người đứng đầu các nỗ lực vận động ở Nam California cho Hiệp hội Hành khách Đường sắt California và Nevada, cho biết: “Dây điện trên không cần phải là thứ chiếm ưu thế. Ông coi các sáng kiến đường sắt hydro là một chiến thuật "tẩy xanh" của các công ty dầu khí đang tìm cách đảm bảo thị trường mới cho hydro có nguồn gốc từ hóa thạch chứ không phải là một giải pháp thay thế bền vững cho đầu máy xe lửa diesel.
Hydro vẫn có thể đóng một vai trò quan trọng trong giao thông vận tải
Tuy nhiên, ngay cả những nhà quan sát hoài nghi hơn về hydro cũng thừa nhận rằng công nghệ này có thể vẫn cần thiết trong một số trường hợp nhất định khi việc sạc pin hoặc khai thác điện vẫn còn quá cồng kềnh về mặt hậu cần hoặc tài chính. Điều đó có thể bao gồm việc vận chuyển hàng hóa trên quãng đường 500 dặm, sử dụng thiết bị xử lý hàng hóa suốt ngày đêm hoặc chạy tàu qua các hành lang xa xôi và thưa thớt dân cư.
Xe chạy bằng hydro có thể tiếp nhiên liệu tương đối nhanh chóng vì chúng đổ đầy tại các trạm nhiên liệu H2, giống như những chiếc ô tô ngốn xăng hoặc dầu diesel ở trạm bơm. Xe chạy bằng pin nhiên liệu cỡ lớn có xu hướng có trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với các xe chạy bằng pin. Điều này giúp mở rộng phạm vi di chuyển mà xe tải chạy bằng hydro trước khi cần dừng lại để đổ nhiên liệu.
Kelly Ratchinsky, người quản lý các chương trình cơ sở hạ tầng hydro tại Calstart, cho biết: “Rất nhiều người sẽ tranh luận về việc sử dụng 100% [xe] chạy bằng pin. Nhưng cô ấy lưu ý rằng “đa dạng hóa hỗn hợp năng lượng”, bao gồm cả việc sử dụng hydro để vận chuyển hàng hóa và vận tải đường dài, có thể bổ sung cho những hạn chế của phương tiện vận chuyển chạy bằng pin.
Các thùng chứa hydro áp suất cao được gắn vào một chiếc xe tải chạy bằng pin nhiên liệu. (Uwe Anspach/liên minh hình ảnh qua Getty Images)
Đối với đường sắt, các đoàn tàu chạy bằng pin nhiên liệu của California sẽ cho phép các cơ quan quản lý vận tải giải quyết một vấn đề phức tạp lớn: Các công ty tư nhân sở hữu hầu hết các tuyến đường sắt trong tiểu bang và trên toàn quốc, và họ tỏ ra không mấy quan tâm đến việc lắp đặt các đường dây điện trên cao hiệu quả cao nhưng lại đắt tiền hoặc các hệ thống khác. cơ sở hạ tầng điện có thể cung cấp năng lượng trực tiếp cho các chuyến tàu chở khách và hàng hóa — một thông lệ phổ biến ở hầu hết các nơi trên thế giới và đã tồn tại gần 150 năm.
Gradinger của Caltrans cho biết: “Đó là lý do tại sao chúng tôi đang nghiên cứu nhiều giải pháp khác nhau” để hạn chế lượng khí thải từ đường sắt.
Ông cho biết cơ quan tiểu bang đang hợp tác chặt chẽ với sáng kiến trung tâm hydro của California để giúp thiết lập cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu H2 cho tàu hỏa vào năm 2030 và đặc biệt đảm bảo nguồn cung cấp hydro sạch làm từ năng lượng tái tạo. Cho đến khi điều đó xảy ra, các đoàn tàu hydro ở cả Quận San Bernardino và Thung lũng Trung tâm sẽ sử dụng xe tải chở dầu di động để tiếp nhiên liệu bằng hydro bẩn thông thường.
“Không có lượng khí thải từ ống xả, vì vậy câu hỏi [môi trường] thực sự sẽ là, hỗn hợp nguồn nào để tạo ra lượng hydro đó?” Người chấm điểm nói. “Chúng tôi đang giúp thúc đẩy quá trình sản xuất và phân phối sử dụng hydro sạch nhất có thể.”
