Xe điện BEV và xe điện hydro FCEV: đâu mới là tương lai của giao thông bền vững?

Ngành công nghiệp ô tô đang chuyển đổi hướng tới các giải pháp giao thông bền vững, xe điện chạy pin (BEV) và xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV) đang nổi lên như những đối thủ hàng đầu. Cả hai công nghệ đều không phát thải ra môi trường, nhưng chúng khác nhau đáng kể về cơ chế cơ bản và yêu cầu cơ sở hạ tầng. 

Trong ngắn hạn, xe điện BEV có tương lai tươi sáng hơn xe điện hydro FCEV. Nhưng lâu dài, tương lai của cả hai công nghệ vẫn chưa thực sự rõ ràng. Sau đây là 5 yếu sẽ quyết định sự thành công lâu dài của những công nghệ này: 

• Mức độ sẵn sàng của thị trường
• Hiệu quả sử dụng năng lượng
• Tác động môi trường
• Thời gian sạc
• Chi phí sản xuất.

Mức độ sẵn sàng của thị trường

Hiện tại, xe điện BEV có lợi thế hiện tại rõ ràng. Bạn có thể sạc xe điện tại các trạm sạc hoặc sạc qua đêm tại nhà và lợi thế này đã đưa BEV dẫn đầu trong việc đạt được quy mô kinh tế. Tuy nhiên, giai đoạn thứ hai của quá trình triển khai thị trường là hạ tầng trạm sạc nhanh thì gặp nhiều vấn đề hơn. Chỉ Tesla xây dựng các trạm sạc một cách hiệu quả, trong khi những hãng khác đang phải vật lộn với chi phí triển khai và độ tin cậy của thiết bị. Mặc dù Tesla đang trong quá trình chia sẻ trạm sạc cho các nhà sản xuất ô tô khác nhưng cơ sở hạ tầng sạc nhanh vẫn cần được cải thiện. Hầu hết chủ sở hữu xe điện BEV chọn sạc chậm tại nhà qua đêm cho đến khi cơ sở hạ tầng sạc nhanh trở nên phổ biến và đáng tin cậy.

Tại Mỹ, cơ sở hạ tầng cung cấp nhiên liệu hydro chỉ có một số khu vực như California và Hawaii. Tuy nhiên, việc xây dựng cơ sở hạ tầng này sẽ nhanh chóng phát triển và việc sản xuất hydro dễ dàng hơn. Hạ tầng cung cấp hydrogen sẽ nhanh chóng bắt kịp các trạm sạc nhanh BEV. Hơn nữa, văn phòng Liên hợp về Năng lượng và Giao thông vận tải Mỹ đang tài trợ cho cả hai công nghệ BEV và FCEV với 9,2 tỷ USD tiền chính phủ để phát triển hạ tầng trạm sạc.

Hiệu quả sử dụng năng lượng

BEV dựa vào pin sạc để lưu trữ và cung cấp năng lượng điện cho động cơ điện, mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng cao với mức thất thoát năng lượng tối thiểu trong quá trình vận hành. Ngược lại, FCEV sử dụng pin nhiên liệu hydro để tạo ra điện thông qua phản ứng hóa học giữa hydro và oxy, chuyển nó thành năng lượng điện để điều khiển động cơ.

Trong khi cả FCEV và BEV đều cung cấp các giải pháp vận chuyển không phát thải, BEV vẫn là công nghệ thải carbon ít nhất ra môi trường (xem sơ đồ ở dưới). BEV vẫn thể hiện hiệu suất truyền động từ bánh xe (W2W) cao hơn do quá trình chuyển đổi năng lượng đơn giản hơn và tiềm năng phát điện tái tạo. Tuy nhiên, những tiến bộ trong công nghệ sản xuất hydro và nguồn hydro tái tạo có thể cải thiện hiệu quả trong tương lai và tính bền vững môi trường của FCEV. 

Biểu đồ lượng phát thải carbon của các hệ truyền động, Nguồn: IEA, https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/well-to-wheels-greenhouse-gas-emissions-for-cars-by-powertrains

Tác động môi trường

Dấu chân môi trường của BEV và FCEV không chỉ dừng lại ở lượng khí thải từ ống xả mà bao trùm toàn bộ vòng đời của chúng, bao gồm sản xuất, vận hành và loại bỏ. BEV thường hoạt động tốt hơn về lượng khí thải trong vòng đời, đặc biệt là ở những khu vực có lưới điện đã khử carbon. Tuy nhiên, việc sản xuất pin lithium-ion cho BEV đòi hỏi phải khai thác tài nguyên, quy trình sản xuất tiêu tốn nhiều năng lượng và các tác động môi trường tiềm ẩn liên quan đến việc xử lý và tái chế pin.

Tác động môi trường của FCEV cũng là chủ đề gây tranh cãi, chủ yếu là do nguồn sản xuất hydro. FCEV có thể đạt được lượng khí thải bằng 0 nếu hydro được sản xuất từ các nguồn tái tạo như điện phân sử dụng điện tái tạo hoặc sinh khối. Tuy nhiên, nếu hydro được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên, nó có thể dẫn đến phát thải khí nhà kính và các chất ô nhiễm khác, làm giảm lợi ích môi trường tổng thể của FCEV.

Thời gian sạc

Với công nghệ hiện nay, pin lithium-ion sẽ luôn mất ít nhất 20-30 phút để sạc. Lý do là tốc độ sạc nhanh hơn không cho phép các ion lithium thấm vào màng và do đó tạo thành lớp trên bề mặt màng, dẫn đến mất hiệu suất khứ hồi (RTE) và hư hỏng do quá nhiệt và dễ gây cháy. FCEV có thể nạp hydro với thời gian tương tự như một chiếc ô tô đổ xăng. Tầm quan trọng của thời gian sạc sẽ khác nhau tùy theo người tiêu dùng, nhưng thời gian sạc nhiên liêuk của FCEV ngắn hơn chắc chắn sẽ là một lợi thế không hề nhỏ.

Chi phí sản xuất

Hiện tại, chi phí sản xuất xe điện hydro FCEV đắt hơn xe điện BEV. Tuy nhiên, quy mô thị trường BEV đã đạt đến ngưỡng và rất khó có thể giảm chi phí sản xuất xuống quá nhiều. Công nghệ FCEV vẫn còn một chặng đường dài để mở rộng quy mô, đặc biệt là pin nhiên liệu và giảm chi phí sản xuất. Trên thực tế, công nghệ phân tách nước thành hydro và oxy để tạo ra điện vận hành ô tô, xe máy đã có từ khá sớm, được các nhà khoa học chứng minh trên thực tiễn. Hiện tại, hầu hết việc chế tạo pin nhiên liệu đều ở giai đoạn đầu với quy mô chưa đủ lớn, với tiềm năng đạt đến cấp độ 5 (tức là tự động hóa hoàn toàn) trong vòng thập kỷ tới.

Chi phí sản xuất xe điện hydro FCEV đang cao hơn đáng kể so với xe điện BEV

Hơn nữa, chi phí sản xuất môi trường liên quan đến khai thác của FCEV có thể sẽ thấp hơn BEV. Pin nhiên liệu chỉ chứa một phần rất nhỏ các nguyên tố được khai thác, đặc biệt là bạch kim. Ngoài ra, pin nhiên liệu FCEV có trọng lượng bằng 1/10 so với pin lithium. Mức độ nguyên tố được khai thác thấp này trái ngược với pin lithium chứa 7% Coban, 7% Lithium, 4% Niken, 5% Mangan, 10% Đồng và 15% Nhôm. Điều này dẫn đến FCEV chỉ sử dụng 1% nhu cầu khai thác của pin lithium. Cũng cần lưu ý rằng hầu hết coban toàn cầu được khai thác ở Congo. Ngành khai thác mỏ của Congo nổi tiếng với nạn tham nhũng, bạo lực và vi phạm nhân quyền. Vì vậy, từ góc độ môi trường và nhân quyền, FCEV là lựa chọn tốt hơn.

Xem thêm

- Xe điện BEV là gì và cấu tạo xe điện chi tiết nhất

- Tất cả những gì bạn cần biết về xe điện hydro FCEV

Công nghệ nào sẽ chiến thắng?

Cả BEV và FCEV đều đại diện cho những giải pháp đầy hứa hẹn cho giao thông bền vững, cung cấp các giải pháp không phát thải thay thế cho các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong (ICE) thông thường. Trong khi BEV hiện được thị trường chấp nhận rộng rãi hơn và hỗ trợ cơ sở hạ tầng, FCEV có tiềm năng cho các tuyến đường dài mà không cần dừng tiếp nhiên liệu thường xuyên. Cuối cùng, sự thành công của các công nghệ này tập trung vào sự đổi mới liên tục, phát triển cơ sở hạ tầng và nỗ lực hợp tác giữa các bên liên quan trong ngành nhằm đẩy nhanh quá trình chuyển đổi hướng tới một tương lai giao thông phát thải carbon thấp. Tạo sự cân bằng giữa việc sử dụng tài nguyên, giảm phát thải và quản lý môi trường là rất quan trọng đối với cả hai công nghệ.

Ngoài ra, nhiều người tiêu dùng vẫn chưa quen với BEV và FCEV và có thể có quan niệm sai lầm về hiệu suất, phạm vi hoạt động và độ tin cậy của chúng. Giáo dục người tiêu dùng về lợi ích và hạn chế của xe điện và pin nhiên liệu là điều cần thiết để tăng tỷ lệ chấp nhận và chấp nhận.