Hydrogen: Câu trả lời cho giao thông tương lai?

Hydro là nguyên tố xuất hiện phổ biến nhất trong vũ trụ. Nó có thể được đốt cháy trong một động cơ đốt trong hay sử dụng cho các mô-tơ điện; và xét về mặt khí thải, hydro sạch hơn nhiều so với xăng. Ngành công nghiệp ô tô dường như đã xác định hydro là một giải pháp thuyết phục cho cuộc khủng hoảng năng lượng đang dần hiện hữu trước mắt. Vì thế, mỗi năm chúng ta nhận thấy một số lượng lớn xe concept sử dụng pin nhiên liệu được các nhà sản xuất ô tô lớn mang ra triển lãm. Tuy nhiên, nó cũng là một công nghệ với không ít rào cản to lớn cần phải vượt qua trước khi đưa vào thực tiễn.

Liệu xe hydro có phải là câu trả lời cho phương tiện giao thông tương lai? Honda là một trong nhiều nhà sản xuất ô tô lớn khẳng định điều đó. Gần đây, trong một buổi giới thiệu chiếc FCX concept, Honda cho biết: “Hydro sẽ cung cấp nhiên liệu cho thế hệ xe mới trên toàn cầu. Và bởi vì nó là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ, nên nguồn cung cấp sẽ không giới hạn”

Còn các thế hệ xe điện plug-in mới sắp sửa chào đời thì sao? Cũng giống như xe sử dụng pin nhiên liệu hydro, những ngày đầu, xe điện thuần túy dường như là một giải pháp lớn. Vì vậy, với việc tập trung vào pin nhiên liệu thay cho động cơ đốt trong, hãy nhìn vào những yêu cầu mà một nguồn nhiên liệu giao thông cần phải đáp ứng để có thể trở nên khả thi bằng cách so sánh hydro và điện:

Honda FCX fuel-cell concept

1) Sự phong phú: Sẽ không phải chờ đợi lâu để đón nhận chiếc xe chở khách thứ 1 tỷ trên trái đất, vì vậy bất cứ hệ thông nhiên liệu hướng về tương lai nào cũng cần phải thỏa mãn nhu cầu to lớn. Đối với hydro, đó là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, nhưng chắc chắn chúng ta cũng không hề thiếu điện. Nguồn dự trữ hydro và điện rất phong phú và thực chất hai công nghệ này tương đối ngang nhau nếu xét ở tiêu chí này.

2) Tính hiệu quả: Cả hydro và điện đều được xem là phương tiện lưu trữ và truyền năng lượng hữu hiệu cho việc sử dùng sau này. Điện phân nước là phương pháp dễ dàng nhất để sản xuất hydro. Hydro sau đó được nén lại và làm lạnh tạo thành chất lỏng. Tính hiệu quả của việc lưu trữ pin nhiên liệu ước tính khoảng 36% dưới điều kiện tải thông thường, dẫn đến hiệu quả công suất tới bánh xe tổng thể chưa đầy 25%.

Trong mặt trận này, ắc quy điện có vẻ thắng thế. Ắc quy lithium-ion thông thường xạc với khoảng 93% hiệu quả, dẫn đến hiệu quả tổng thể trên 85%. Cùng nguồn năng lượng đầu vào như nhau, bạn sẽ được gấp 3 lần công suất nếu sử dụng ắc quy điện so với pin nhiên liệu.

3) Độ an toàn: Áp suất cao, dễ bốc cháy, độc hại và dễ nổ là những thảm họa của sự an toàn. Pin nhiên liệu vừa chứa khí nén trên 35MPa vừa có hydro lỏng được giữ dưới 253 độ C, vì vậy nó có khả năng gây ra nhiều mối nguy hại trong trường hợp tai nạn. Tuy nhiên, ắc quy điện cũng có hạn chế của nó với nguy cơ gây thảm họa về điện, chất hóa học độc hại, lửa và khói điện.

4) Tính thực tế của việc tiếp nhiên liệu: phụ thuộc vào nguồn năng lượng đó có phù hợp với chu trình sử dụng đơn giản và thuận tiện hay không. Đây là một thuận lợi lớn của hydro, ít nhất là trong con mắt của người tiêu dùng, Bởi vì có thể được lưu trữ như một chất lỏng hay khí (giống xăng hoặc LPG), hydro hỗ trợ dòng model hiện nay trong việc tiếp nhiên liệu một cách nhanh chóng thông qua sự trao đổi của các chất lưu ở trạm nhiên liệu. Trong khi đó, xe điện cần phải được cắm và xạc rất mất thời gian. Vì vậy, chúng chỉ thích hợp với việc đi lại ban ngày để xạc pin vào ban đêm, nhưng cũng không thể nhanh chóng xạc lại giống như cách một chiếc xe chạy xăng hay hydro có thể.

Mặc dù công nghệ ắc quy điện đang ngày càng cải thiện và các loại pin xạc nhanh đang trong quá trình phát triển nhưng battery dạng lỏng đại diện là hydro vẫn chiếm ưu thế trong mặt trận này.

5) Các nhân tố môi trường: mặc dù cả động cơ pin nhiên liệu và ắc quy điện đều rất thân thiện với môi trường nhưng cũng phải lưu ý rằng việc sản xuất năng lượng được dùng để xạc chúng hiện nay chủ yếu là dựa vào nhiên liệu hóa thạch. Pin nhiên liệu sẽ thắng thế nếu không vướng phải thực tế chúng cần sử dụng gấp ba năng lượng và vì vậy cũng chiếm 3 lần mức khí thải. Dĩ nhiên, cả hai loại xe này vẫn sẽ phải chịu trách nhiệm cho một lượng khí thải đáng kể cho đến khi hệ thống năng lượng toàn cầu được trang bị bởi các nguồn năng lượng sạch và có thể tái chế.

6) Tính kinh tế: Cả pin nhiên liệu lẫn ắc quy điện công suất cao hiện nay đều khá đắt, mặc dù dự kiến trong tương lai chúng sẽ được sản xuất với khối lượng lớn. Mối quan tâm lớn hơn là tính kinh tế của việc xây dựng một mạng lưới phân phối. Hệ thống điện hiện nay được thiết lập rất tốt trong hầu hết các nước, và với một số sửa đổi cũng như củng cố nâng cấp, tình trạng thiếu hụt năng lượng có thể được xử lý nếu xăng bị loại khỏi vòng lựa chọn dành cho xe hành khách.

Hydro gặp nhiều khó khăn hơn: để đạt được lợi ích chính của nó – khả năng cung cấp nhanh chóng nguồn năng lượng lỏng cho một chiếc xe – sẽ cần xây dựng một mạng lưới phân phối hydro tương tự như được dùng để phân phối xăng. Nguyên tử hydro quá nhỏ đến nối chúng có thể bay ra thông qua cấu trúc phân tử của nhiều bình chứa và đường ống, có nghĩa là nó rất đắt và khó giải quyết cho giao thông với khối lượng lớn. Tạo ra hydro ngay tại chỗ ở các trạm nhiên liệu là một giải pháp tiềm năng, nhưng cuối cùng, một nền kinh tế hydro hoàn toàn mang tính chức nằng có khả năng thay thế nền kinh tế xăng dầu sẽ phải chi phí hàng nghìn tỷ đô la chỉ riêng tại Mỹ. Những chiếc xe điện rõ ràng là lợi thế hơn trong bối cảnh này.

Mặc dù đây chỉ là cái nhìn tổng quát đơn giản về hai công nghệ nhưng nó làm nổi bật thực tế rằng khả năng sử dụng của xe ắc quy điện mạnh hơn xe pin nhiên liệu hydro, ít nhất là trên những nền tảng như tính hiệu quả và dễ phân phối.

Mô hình xe đua chạy bằng hydrogen

Một nền kinh tế năng lượng dựa vào hydro chắc chắn sẽ phù hợp với mục đích bán lẻ của ngành xăng dầu, vì trạm xăng sẽ là đầu mối phân phối hợp lý cho một hình thức khác của nhiên liệu lỏng trong khi xe điện hoàn toàn không phụ thuộc vào chuỗi cung cấp năng lượng ngoại trừ việc xạc lại giữa một chuyến đi dài. Có phải điều này khiến các công ty ô tô lớn muốn lựa chọn hydro chứ không phải pin điện?

Dù thế nào đi nữa, việc phát triển các hình thức xe tương lai đang diễn ra mạnh mẽ. Tuần này, Honda thông báo, cả chiếc FCX fuel cell và một chiếc hybrid dựa trên CR-Z concept của hãng sẽ được sản xuất vào tháng 9/2008. Tương lai trước mắt sẽ tập trung vào xe hybrid, xe điện plug-in và xe fuel cell như những giải pháp thay thế cho xăng và diesel – nhưng công nghệ nào sẽ dành vị thế thống trị? Câu trả lời vẫn còn ở phía trước.

• H.H