Kể từ khi Nissan Leaf (2010) và Tesla Model S (2012) ra đời, xe điện chạy bằng pin (BEV) đã trở thành trọng tâm hàng đầu của ngành công nghiệp ô tô.
Sự thay đổi cơ cấu này đang diễn ra với tốc độ đáng kinh ngạc – ở Trung Quốc, 3 triệu BEV đã được bán vào năm 2021, tăng so với 1 triệu của năm trước. Trong khi đó, tại Mỹ, số lượng mẫu xe có sẵn để bán dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2024.
Dự đoán: Số lượng xe điện EV sẽ tăng gấp đôi vào năm 2024.
Tuy nhiên, để đáp ứng các mục tiêu khí hậu toàn cầu, Cơ quan Năng lượng Quốc tế tuyên bố rằng ngành công nghiệp ô tô sẽ yêu cầu lượng khoáng chất nhiều hơn 30 lần mỗi năm. Nhiều người lo ngại rằng điều này có thể gây căng thẳng cho nguồn cung.
“Dữ liệu cho thấy sự không phù hợp lờ mờ giữa tham vọng khí hậu được củng cố của thế giới và sự sẵn có của các khoáng chất quan trọng.”
– FATIH BIROL, IEA
Rất may, BEV không phải là giải pháp duy nhất cho việc vận chuyển khử cacbon.
Nhiên liệu hydro hoạt động như thế nào?
FCEV là một loại xe điện không tạo ra khí thải (ngoài chi phí sản xuất môi trường). Sự khác biệt chính là BEV chứa một pin lớn để lưu trữ điện, trong khi FCEVs tự tạo ra điện bằng cách sử dụng pin nhiên liệu hydro.
| Các thành phần BEV chính | Các thành phần FCEV chính |
|---|---|
| Ắc quy | Ắc quy |
| Bộ sạc tích hợp | Bình nhiên liệu hydro |
| Động cơ điện | Ngăn xếp pin nhiên liệu |
| Động cơ điện | |
| Khí thải |
Chúng ta hãy xem xét các chức năng của các thành phần FCEV chính.
Ắc quy
Đầu tiên là pin lithium-ion, có chức năng lưu trữ điện năng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Trong FCEV, pin nhỏ hơn vì nó không phải là nguồn điện chính. Đối với bối cảnh chung, Model S Plaid chứa 7.920 tế bào lithium-ion, trong khi Toyota Mirai FCEV chứa 330 tế bào.
Bình nhiên liệu hydro
FCEV có một bình nhiên liệu lưu trữ hydro ở dạng khí của nó. Không thể sử dụng hydro lỏng vì nó yêu cầu nhiệt độ đông lạnh (-150 ° C hoặc -238 ° F). Khí hydro, cùng với oxy, là hai nguyên liệu đầu vào cho pin nhiên liệu hydro.
Ngăn xếp pin nhiên liệu và động cơ
Pin nhiên liệu sử dụng khí hydro để tạo ra điện. Để giải thích quá trình này theo cách hiểu của giáo dân, khí hydro đi qua tế bào và được phân tách thành proton (H+) và electron (e-).
Các proton đi qua chất điện phân, là vật liệu lỏng hoặc gel. Các electron không thể đi qua chất điện phân, vì vậy chúng sẽ đi theo con đường bên ngoài. Điều này tạo ra một dòng điện để cung cấp năng lượng cho động cơ.
Khí thải
Vào cuối quá trình của pin nhiên liệu, các electron và proton gặp nhau và kết hợp với oxy. Điều này gây ra một phản ứng hóa học tạo ra nước (H2O), sau đó được thải ra khỏi ống xả.
Công nghệ nào đang chiến thắng?
Như bạn có thể thấy từ bảng dưới đây, hầu hết các nhà sản xuất ô tô đã chuyển trọng tâm sang BEV. Đáng chú ý vắng mặt trong nhóm BEV là Toyota, nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới.
Pin nhiên liệu hydro đã hứng chịu nhiều lời chỉ trích từ các nhân vật đáng chú ý trong ngành, bao gồm CEO Elon Musk của Tesla và CEO Herbert Diess của Volkswagen.
Hydro xanh cần thiết cho thép, hóa chất, hàng không,… và không nên kết thúc trong ô tô. Quá đắt, không hiệu quả, chậm và khó triển khai và vận chuyển.
HERBERT DIESS, GIÁM ĐỐC ĐIỀU HÀNH, TẬP ĐOÀN VOLKSWAGEN
Toyota và Hyundai đang ở phe đối lập, khi cả 2 công ty tiếp tục đầu tư vào phát triển pin nhiên liệu. Tuy nhiên, sự khác biệt giữa chúng là Hyundai vẫn phát hành một số BEV.
Đây là một sai lầm đáng ngạc nhiên đối với Toyota, hãng đã đi tiên phong trong lĩnh vực xe hybrid như Prius. Thật hợp lý khi nghĩ rằng sau thành công này, BEVs sẽ là một bước tiến tự nhiên tiếp theo. Theo báo cáo của Wired, Toyota đã đặt tất cả các chip của mình vào việc phát triển hydro, bỏ qua thực tế rằng hầu hết ngành công nghiệp đang đi theo một con đường khác. Nhận ra sai lầm của mình và cần câu giờ, công ty đã phải vận động hành lang để chống lại việc áp dụng xe điện.
Đối mặt với việc thua cuộc, Toyota đang làm điều mà hầu hết các tập đoàn lớn làm khi họ thấy mình chơi sai – đó là đấu tranh để thay đổi cuộc chơi.
WIRED
Toyota dự kiến sẽ phát hành BEV đầu tiên của mình, chiếc crossover bZ4X, cho năm mô hình 2023 – hơn một thập kỷ kể từ khi Tesla ra mắt Model S.
Những thách thức đối với việc áp dụng tế bào nhiên liệu
Một số thách thức đang đặt ra đối với việc áp dụng FCEV rộng rãi.
Một là hiệu suất trong xe, mặc dù sự khác biệt là nhỏ. Về phạm vi hoạt động tối đa, FCEV tốt nhất (Toyota Mirai) được EPA-rated là 402 dặm, trong khi BEV (Lucid Air) tốt nhất nhận được 505 dặm.
Hai vấn đề lớn hơn là 1) vấn đề hiệu suất của hydro, và 2) số lượng rất hạn chế các trạm tiếp nhiên liệu. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, chỉ có 48 trạm hydro trên toàn quốc, với 47 trạm đặt tại California và 1 trạm đặt tại Hawaii.
Ngược lại, BEV có 49.210 trạm sạc trên toàn quốc và cũng có thể được sạc tại nhà. Con số này chắc chắn sẽ tăng lên, vì chính quyền Biden đã phân bổ 5 tỷ đô la cho các bang để mở rộng mạng lưới thu phí của họ.
Khám phá thêm: Công nghệ Lidar – cách xe tự lái nhìn ra thế giới.