Hãy tưởng tượng một chiếc ô tô không thải ra khói hoặc khí gây ô nhiễm khi di chuyển và thay vì sử dụng xăng hoặc dầu diesel, nó lại sử dụng hydro làm nhiên liệu. Nhờ có pin nhiên liệu hydro trong ô tô, đây không phải là một khái niệm tương lai mà là một thực tế sẵn có. Ngày càng có nhiều người thắc mắc công nghệ này hoạt động như thế nào và ưu điểm của nó là gì, vì nó được định vị là một giải pháp thay thế sinh thái cho nhiên liệu hóa thạch.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ pin nhiên liệu hydro trên ô tô là gì, hoạt động như thế nào, ưu điểm, nhược điểm và những khía cạnh quan trọng hơn mà bạn nên biết.
Pin nhiên liệu hydro trong ô tô là gì?
Về bản chất, một tế bào hydro Nó là một thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học của hydro thành năng lượng điện. Thông qua quá trình điện hóa, hydro được kết hợp với oxy từ không khí để tạo ra điện, nước và nhiệt dưới dạng sản phẩm phụ. Điện này được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện dẫn động các bánh xe ô tô, tạo ra một phương tiện không phát thải vì nó không tạo ra khí gây ô nhiễm.
Thiết bị này bao gồm tế bào riêng lẻ, mỗi điện cực có hai điện cực: cực dương và cực âm, được ngăn cách bằng vật liệu điện phân. Hydro được đưa vào cực dương, phân hủy thành proton và electron, sau đó tạo ra điện bằng cách đi qua mạch điện bên ngoài. Trong khi đó, ở cực âm, proton, electron và oxy kết hợp tạo thành nước, đảm bảo sản phẩm phụ duy nhất là hơi nước. Quá trình này làm cho pin nhiên liệu hydro trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho khả năng di chuyển bền vững.
Xe chạy hydro hoạt động như thế nào
Ô tô chạy hydro tuy là xe điện nhưng hoạt động khác với ô tô điện truyền thống. Sự khác biệt chính là ở chỗ xe chạy pin nhiên liệu hydro, điện được tạo ra trên xe thay vì dựa vào pin lưu trữ năng lượng trước đây.
Quá trình bắt đầu với việc hydro được lưu trữ ở áp suất cao trong các thùng chứa chuyên dụng, sau đó được đưa đến pin nhiên liệu. Bên trong các tế bào này, hydro được trộn với oxy để tạo ra điện. Sản phẩm phụ của phản ứng này là nước, nghĩa là ô tô có ống xả nhưng chỉ thải ra hơi nước. Điện tạo ra được phân phối giữa pin và động cơ điện của ô tô. Trong một số trường hợp, năng lượng cũng được lấy từ phanh tái tạo, giúp sạc lại pin khi xe đang lái.
Công nghệ này có hiệu quả cao vì chuyển đổi một lượng năng lượng lớn hơn có ích hơn so với động cơ đốt trong, làm cho phương tiện chạy bằng hydro trở thành một lựa chọn xanh hơn và hiệu quả hơn.
Ưu điểm của ô tô chạy bằng hydro
Các ô tô hydro Chúng thể hiện một loạt lợi thế khiến chúng trở thành một lựa chọn đầy hứa hẹn cho tương lai của ngành di động:
- Không phát thải gây ô nhiễm: Bằng cách không tạo ra carbon dioxide hoặc các loại khí độc hại khác, đây là một lựa chọn tuyệt vời để giảm ô nhiễm ở các thành phố và góp phần vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
- Quyền tự chủ cao hơn: Ô tô chạy bằng hydro có thể di chuyển quãng đường lên tới 600 km trên một bình chứa, vượt qua xe điện truyền thống trong nhiều trường hợp.
- Sạc điện nhanh: Việc tiếp nhiên liệu bằng hydro mất từ 3 đến 5 phút, thời gian tương tự như xe đốt, giúp giảm bớt lo lắng về việc sạc lại so với xe điện.
- Bảo trì dễ dàng: Động cơ ô tô chạy bằng hydro ít cần bảo dưỡng hơn động cơ đốt trong do có ít bộ phận chuyển động hơn và không sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
- Hiệu suất tốt hơn trong điều kiện khắc nghiệt: Không giống như ô tô điện, có thể giảm hiệu suất ở vùng khí hậu lạnh, ô tô chạy bằng hydro duy trì hiệu suất ổn định hơn ở nhiệt độ khắc nghiệt.
Nhược điểm và vấn đề
Tuy nhiên, bất chấp những ưu điểm của nó, công nghệ pin nhiên liệu hydro phải đối mặt với một số thách thức cần phải vượt qua để công nghệ này được áp dụng trên quy mô lớn:
- Chi phí hydro cao: Mặc dù là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ nhưng hydro không có sẵn ở dạng nguyên chất trên Trái đất. Để có được nó là một quá trình tốn kém và tốn nhiều năng lượng. Phương pháp phổ biến nhất là điện phân, đòi hỏi một lượng lớn năng lượng, khiến việc sản xuất nó trở nên đắt đỏ hơn.
- Cơ sở hạ tầng hạn chế: Ở nhiều nước, cơ sở hạ tầng trạm hydro cực kỳ hạn chế. Ví dụ, ở Tây Ban Nha, chỉ có một số ít (ở các thành phố như Huesca, Seville, Zaragoza và Madrid), điều này gây trở ngại lớn cho việc áp dụng đại trà.
- Lưu trữ phức tạp: Hydro là một loại khí cực kỳ nhẹ và dễ bay hơi nên việc bảo quản nó rất phức tạp. Yêu cầu xe tăng đặc biệt làm tăng trọng lượng của xe và độ phức tạp của hệ thống.
- Chi phí phương tiện cao: Ô tô chạy bằng hydro hiện nay đắt tiền, mặc dù chi phí dự kiến sẽ giảm khi công nghệ phát triển và tính kinh tế theo quy mô phát triển.
Tương lai của xe hydro
Mặc dù công nghệ ô tô hydro vẫn đang được phát triển nhưng nó được kỳ vọng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai của phương tiện di chuyển bền vững. Với mối lo ngại ngày càng tăng về lượng khí thải CO2 và các quy định ngày càng nghiêm ngặt, các nhà sản xuất đang ngày càng đầu tư nhiều hơn vào công nghệ này.
Ngoài ra, tiến bộ đáng kể đang được thực hiện trong việc cải thiện hiệu quả của pin nhiên liệu và giảm chi phí sản xuất hydro, điều này có khả năng góp phần áp dụng hàng loạt nhiên liệu này trong thập kỷ tới. Với cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu và tiến bộ công nghệ ngày càng tăng, hydro có thể là một trong những yếu tố chính để đạt được mục tiêu di chuyển không phát thải trên toàn thế giới.
Có rất nhiều thương hiệu đang đặt cược vào công nghệ này, chẳng hạn như Toyota, Hyundai và Honda, với các mẫu xe như Mirai và Nexo, cũng như BMW, hãng tiếp tục đổi mới trong lĩnh vực này. Những thương hiệu này đang thực hiện các cải tiến đối với hệ thống pin nhiên liệu hydro của họ, chẳng hạn như phạm vi hoạt động rộng hơn và chi phí sản xuất thấp hơn, điều này có thể khiến những chiếc xe này dễ tiếp cận hơn với đại chúng trong tương lai gần. Mặc dù cơ sở hạ tầng hydro toàn cầu còn hạn chế nhưng dự kiến sẽ mở rộng đáng kể trong những thập kỷ tới.
Mặt khác, Liên minh Châu Âu đã đặt ra các mục tiêu đầy tham vọng về sản xuất hydro xanh, có nguồn gốc từ năng lượng tái tạo. Điều này có thể giúp giảm chi phí của loại nhiên liệu này và tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng nó trong các phương tiện chạy bằng hydro, đạt được cả mức giảm phát thải và độc lập với nhiên liệu hóa thạch. Nếu công nghệ này tiếp tục phát triển, ô tô chạy bằng hydro có thể bổ sung và thậm chí vượt qua xe điện ở một số khía cạnh nhất định, chẳng hạn như khả năng tự lái và tốc độ tiếp nhiên liệu.