Kể từ khi Nissan Leaf (2010) và Tesla Model S (2012) ra đời, xe điện chạy bằng pin (BEV) đã trở thành trọng tâm chính của ngành công nghiệp ô tô.
Sự thay đổi cơ cấu này đang diễn ra với tốc độ đáng kinh ngạc—tại Trung Quốc, 3 triệu chiếc BEV đã được bán vào năm 2021, tăng từ 1 triệu chiếc vào năm trước đó. Trong khi đó, tại Mỹ, số lượng mẫu xe có sẵn để bán dự kiến 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 cần lượng khoáng sản gấp 30 lần mỗi năm. Nhiều người lo ngại rằng điều này có thể gây căng thẳng cho nguồn cung.
Thực tế rằng, không phải chỉ có BEV mới là giải pháp di chuyển sạch không carbon, còn có FCEV – phương tiện chạy điện chỉ thải ra nước. Bài viết này cùng so sánh BEV vs FCEV và phân tích cách thức hoạt động cơ bản của xe điện FCEV.
Pin nhiên liệu Hydro hoạt động như thế nào?
FCEV là một loại xe điện không tạo ra khí thải (ngoài chi phí sản xuất về môi trường). Sự khác biệt chính là BEV chứa một cục pin lớn để lưu trữ điện, trong khi FCEV tự tạo ra điện bằng cách sử dụng pin nhiên liệu hydro.
| Các thành phần chính của BEV | Các thành phần chính của FCEV |
|---|---|
| Bộ pin lưu trữ lớn | Bộ pin lưu trữ nhỏ |
| Bộ sạc | Bình chứ hydro |
| Động cơ điện | Bộ pin tế bào nhiên liệu |
| Động cơ điện | |
| Hệ thống xả |
Bộ pin lưu trữ điện
Đầu tiên là pin lithium-ion, lưu trữ điện để cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Trong FCEV, pin nhỏ hơn vì nó không phải là nguồn năng lượng chính. Chẳng hạn, Model S Plaid chứa 7.920 tế bào lithium-ion, trong khi Toyota Mirai FCEV chỉ chứa 330.
Bình Nhiên Liệu Hydro
FCEV có một bình nhiên liệu lưu trữ hydro ở dạng khí. Không thể sử dụng hydro lỏng vì nó yêu cầu nhiệt độ đông lạnh (−150°C ~ −238°F). Khí hydro cùng với oxy là hai nguyên liệu đầu vào cho pin nhiên liệu hydro.
Tế bào nhiên liệu và động cơ
Pin nhiên liệu sử dụng khí hydro để tạo ra điện. Để giải thích quá trình theo cách thông thường, khí hydro đi qua tế bào và được phân tách thành các proton (H+) và các electron (e-). Các proton đi qua chất điện phân, là chất lỏng hoặc chất gel. Các electron không thể đi qua chất điện phân, vì vậy chúng đi theo 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 phản ứng hóa học tạo ra nước (H2O), sau đó được thải ra ngoài ống xả.
Công nghệ nào đang chiến thắng?
Như bạn có thể thấy từ bảng bên dưới, hầu hết các nhà sản xuất ô tô đã chuyển trọng tâm sang BEV. Sự vắng mặt đáng chú ý trong nhóm BEV là Toyota, nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới. Pin nhiên liệu hydro đã vấp phải sự chỉ trích từ những nhân vật đáng chú ý trong ngành, bao gồm Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk và Giám đốc điều hành Volkswagen Herbert Diess.
“Hydro xanh cần thiết cho thép, hóa chất, hàng không,… và không được sử dụng cho ô tô. Quá đắt, không hiệu quả, chậm và khó triển khai cũng như vận chuyển.”
– HERBERT DIESS, Giám đốc điều hành, TẬP ĐOÀN VOLKSWAGEN
Toyota và Hyundai đang ở thế đối lập, khi cả hai công ty đều tiếp tục đầu tư vào phát triển pin nhiên liệu. Tuy nhiên, sự khác biệt giữa chúng là Hyundai (và thương hiệu chị em Kia) vẫn phát hành một số BEV.
Đây là một sai lầm đáng ngạc nhiên đối với Toyota, hãng đi tiên phong trong các loại xe hybrid như Prius. Thật hợp lý khi nghĩ rằng sau thành công này, BEV sẽ là một bước tiếp theo tất yếu. Theo báo cáo của Wired, Toyota đã đặt tất cả chip của mình vào việc phát triển hydro, bỏ qua thực tế là hầu hết ngành công nghiệp đang chuyển sang một hướng khác. Nhận ra sai lầm của mình và cần kéo dài thời gian, công ty đã vận động hành lang chống lại việc áp dụng xe điện.
“Đối mặt với việc thua cuộc, Toyota đang làm điều mà hầu hết các tập đoàn lớn đều làm khi họ thấy mình chơi sai trò chơi – đó là chiến đấu để thay đổi trò chơi.”
– WIRED
Toyota phát hành BEV đầu tiên, 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 sử dụng pin nhiên liệu
Một số thách thức đang cản trở việc áp dụng rộng rãi FCEV.
Một là hiệu suất trong xe, mặc dù sự khác biệt là nhỏ. Về phạm vi tối đa, FCEV tốt nhất (Toyota Mirai) được EPA đánh giá là 402 dặm, trong khi BEV tốt nhất (Lucid Air) nhận được 505 dặm.
Hai vấn đề lớn hơn là (1) vấn đề hiệu quả của hydro và )2) số lượng trạm tiếp nhiên liệu rất hạn chế. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, chỉ có 48 trạm hydro trên toàn nước Mỹ, với 47 trạm ở California và 1 trạm ở Hawaii. Trong khi các trạm sạc BEV thì có ở hầu hết các nơi trên Thế giới.
