Tương lai khả quan cho xe điện Fuel Cell

Giữa những năm 2000, giấc mơ về dòng xe điện sử dụng pin nhiên liệu hydro (fuel cell) đã bị mờ nhạt dần vì những vấn đề thực tiễn khó giải quyết như thiếu trạm nạp nhiên liệu và hiệu suất kém của pin nhiên liệu. Nhưng tại cuộc Triển lãm Ô tô Paris khai mạc hồi cuối tháng 9 vừa qua, xe điện dùng pin nhiên liệu hydro đã xuất hiện nhiều trở lại. 

 

Các hãng ô tô trên thế giới đang thể hiện mối quan tâm mới với công nghệ này, vì vấn đề nan giải nhất của pin nhiên liệu là giới hạn về hiệu suất chuyển đổi điện năng và tính dễ gây đóng băng của hydro lỏng, đã được giải quyết trong những năm gần đây. Đồng thời, đối thủ chính về công nghệ không phát thải khí gây ô nhiễm của xe fuel cell, là các dòng xe điện sử dụng pin lưu trữ sạc ngoài (lithium-ion) đang cho thấy tính hấp dẫn kém vì vẫn còn hạn chế về phạm vi hoạt động, thời gian sạc lâu và giá bán cao.

 

 

Mặc dù rất thành công với chiếc xe điện dùng pin sạc ngoài Nissan Leaf, tuy nhiên, Nissan cũng đã giới thiệu một chiếc SUV fuel cell concept tại Triển lãm Ô tô Paris. Điều này cho thấy ngay cả Nissan cũng đang xác định lại xu hướng công nghệ trong tương lai của ngành công nghiệp ô tô. 

 

 

Các mẫu xe điện dùng pin nhiên liệu tại cuộc triển lãm này đều có khả năng hoạt động cao gấp nhiều lần so với phạm vị hoạt động chỉ 120km sau mỗi lần sạc của chiếc Nissan Leaf (theo đánh giá của EPA). Khí hydro được nén trong các bình chứa làm bằng sợi carbon ở áp suất 700 bar (tiêu chuẩn hiện nay) có thể giúp chiếc Hyundai ix35 fuel cell EV chạy liên tục hơn 580km. Thậm chí, Toyota còn khẳng định rằng với 1 bình nhiên liệu hydro, chiếc concept FCV-R fuel cell EV của họ có thể chạy tới hơn 700km.

 

 

Bên cạnh đó, các hệ thống fuel cell ngày nay nhỏ gọn hơn rất nhiều. So với thế hệ được phát triển vào năm 2008, cụm fuel cell trên mẫu FCV-R hiện nay của Toyota có kích thước và khối lượng chỉ bằng một nửa. Nhờ thành quả này mà Toyota cho biết là họ sẽ tung ra thị trường thế giới phiên bản thương mại của chiếc FCV-R fuel-cell EV concept vào năm 2015. Không chỉ riêng Toyota, Hyundai cũng đã giảm mạnh kích thước hệ thống fuel cell của mình nhờ vào việc loại bỏ các máy nén cồng kềnh và gây ồn.

 

Vấn đề lớn nhất hiện nay của công nghệ này là giá thành. Gerald Killmann, Giám đốc bộ phận nghiên cứu hệ thống truyền lực của Toyota tại châu Âu cho biết, chi phí sản xuất của một chiếc FCV-R hiện nay vào khoảng 130.000USD, và Toyota đang hy vọng có thể giảm chi phí này xuống còn một nửa trong 3 năm tới, khi họ tự chủ được quá trình sản xuất tất cả các bộ phận cấu thành, giống như Toyota đã làm với công nghệ hybrid trước đây.

 

Tuy nhiên, nhiều nhà phân tích vẫn đang nghi ngờ về tốc độ phổ biến của xe fuel cell. Kevin See, nhà phân tích của hãng nghiên cứu và tư vấn về các công nghệ mới Lux Research nói rằng, chi phí sản xuất pin điện sẽ không giảm đủ nhanh để cải thiện khả năng thương mại hóa (xe fuel cell vẫn phải dùng pin lưu điện, dù bộ pin này không lớn bằng pin trên xe chạy điện sạc ngoài). 

 

Kevin See còn nêu ra thêm một nhược điểm mấu chốt khó vượt qua của xe pin nhiên liệu fuel cell đó là hệ thống trạm nạp lại hydro. Hiện nay trên toàn thế giới có không quá 280 trạm nạp như vậy, và việc tăng số trạm cũng sẽ rất tốn kém, vì chi phí xây dựng 1 trạm nạp hydro có thể lên đến hàng triệu USD.

 

Nhưng, theo Tiến sĩ Ulrich Buenger, điều phối viên của H2Moves, một dự án triển khai công nghệ fuel cell trị giá 20 triệu Euro của Liên Minh châu Âu, thì chi phí cho việc xây dựng một trạm nạp hydro trong tương lai sẽ giảm xuống còn khoảng 300.000 Euro (390.000USD) và Liên minh châu Âu đang tăng tốc triển khai kế hoạch này. 

 

Ông Ulrich Buenger còn đưa ra thêm một lý do nữa để lạc quan về công nghệ fuel cell khi nhắc đến nguồn cung khí thiên nhiên sẽ rất dồi dào nhờ phương pháp khai thác bẻ gãy thủy lực (hydraulic fracturing, hay fracking), và điều này sẽ khiến công nghệ fuel cell ngày càng được quan tâm nghiên cứu phát triển để trở nên phổ biến hơn.

 

Theo cuộc khảo sát của hãng tư vấn và nghiên cứu thị trường ô tô KPMG thì đến năm 2025, lượng khách hàng mua xe chạy điện dùng pin nhiên liệu sẽ nhiều hơn xe điện sử dụng công nghệ pin lưu trữ tới 25%.

 

Fuel cell hay pin nhiên liệu là một thiết bị tạo ra điện năng từ nhiên liệu, phổ biến là khí hydro (hoặc một vài dạng khí hydrocarbon khác) thông qua phản ứng điện hóa học với ô-xy (hoặc các tác nhân ô-xi hóa khác). Tạo ra điện năng nhưng sản phẩm thải của quá trình phản ứng này chỉ là nước do sự kết hợp của hydro và ô-xy. Khác với pin lưu điện thông thường nhờ nguồn điện sạc ngoài (như pin lithium-ion), pin nhiên liệu cần được cung cấp liên tục hydro và ô-xy để tạo ra dòng điện. Việc sản xuất hydro thương mại thường được thực hiện bằng phương pháp điện phân nước, nhưng phổ biến hơn là từ khí thiên nhiên.

 

 

Xe sử dụng công nghệ này về bản chất vẫn là xe chạy điện khi dùng nguồn điện tạo ra từ pin nhiên liệu để vận hành các động cơ điện, tuy nhiên một bình hydro kích thước đủ lớn có thể đem lại cho dòng xe này khả năng vận hành liên tục lên tới hơn 500km, vượt xa so với xe điện dùng pin lưu điện sạc ngoài (pin lithium-ion), vốn có phạm vi hoạt động phổ biến hiện nay vào khoảng dưới 200km cho mỗi lần sạc. Đồng thời, việc nạp lại hydro cũng nhanh hơn rất nhiều so với thời gian nạp lại điện cho một bộ pin lithium-ion.