Tìm hiểu 6 lý do xe hydro chưa thể bùng nổ như xe điện

Xe hydro dù có một số ưu điểm hơn so với xe điện, đặc biệt là vấn đề nạp nhiên liệu nhưng dòng xe này lại gặp thách thức về chi phí, nguồn hydro cùng hàng loạt rao càn về hạ tầng

Nhiều người cho rằng, chỉ những xe chạy bằng pin sạc như Tesla, Nissan Leaf hay Chevrolet Bolt mới là xe điện. Thực tế, xe hydro cũng thuộc loại xe điện. Phương tiện này hoạt động bằng nhiên liệu khí, tuy nhiên năng lượng tạo ra để bánh xe quay lại là điện.

Năng lượng hydro là gì?

Hydro là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các loại nhiên liệu trong thiên nhiên. Đặc điểm quan trọng của hydro là trong phân tử không chứa các nguyên tố hóa học khác như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên sản phẩm cháy của chúng chỉ là nước (H2O), được gọi là nhiên liệu sạch lý tưởng.

Phản ứng điện hóa kết hợp giữa hydro và oxygen. Ảnh: Energy Information Administration

Hiện nay, người ta thường sử dụng năng lượng hydro thông qua pin nhiên liệu hydro. Loại pin này sử dụng hydro làm chất khử và oxy làm chất oxy hóa để chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng điện thông qua phản ứng hóa học. Dòng điện được động cơ sử dụng và nạp vào bộ pin, còn oxy lỏng sẽ thải ra ngoài.

Không như pin thông thường, pin nhiên liệu có thể liên tục sản sinh ra điện chừng nào nguyên liệu oxy và hydro vẫn còn. Không những thế, pin nhiên liệu không xảy ra phản ứng đốt cháy nên hầu như không gây ra tiếng ồn trong quá trình sản xuất điện.

Bài viết này sẽ nêu ra 6 vấn đề lớn nhất mà dòng xe hydro (FCEV) đang phải đối mặt hiện nay để giúp chúng ta cùng hiểu rõ hơn lý do tại sao công nghệ này vẫn chưa thể sẵn sàng để đưa và sản xuất hàng loạt giống như xe điện (BEV).

Sản xuất hydro làm tăng mối quan tâm về môi trường

Lợi ích chính của những chiếc xe sử dụng nhiên liệu hydro là không tạo ra chất ô nhiễm khi đốt cháy nhiên liệu. Ở trạng thái tự do, hydro tinh khiết (H2) kết hợp với oxy (O2) trong quá trình đốt cháy để tạo thành nước (H2O). Thật không may, giống như những lời chỉ trích về điện, các các quy trình công nghiệp để tạo ra hydro cũng gây những tác động ô nhiễm môi trường.

Quy trình tạo ra hydro vẫn gây ra các tác động môi trường đáng kể. Ảnh: Plug Power

Cách phổ biến nhất để tạo ra hydro trong công nghiệp là thông qua quá trình dùng hơi nước ở nhiệt độ cao phản ứng với nhiên liệu hydrocarbon, chẳng hạn như khí tự nhiên, để tạo ra hydro (H2) và carbon monoxide (CO).

Mặc dù có thể thu hồi, lưu trữ carbon nhưng toàn bộ quá trình xử lý vẫn có thể làm ô nhiễm các nguồn nước. Vì thế, cách duy nhất để đảm bảo tạo ra sản phẩm xanh là điện phân, sử dụng dòng điện cường độ thấp để tách nước tạo ra hydro.

Công nghệ điện phân được xem là một lựa chọn đầy hứa hẹn để sản xuất hydro không có carbon từ các nguồn năng lượng tái tạo và hạt nhân. Tuy nhiên, chi phí sản xuất còn cao nên các nhà đầu tư chưa thật sự mặn mà với điều này.

Hiệu quả năng lượng còn thiếu

Theo Bộ Năng lượng Mỹ, chỉ có khoảng 12-30% năng lượng được tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ đốt trong trên xe ô tô, phần năng lượng còn lại bị thất thoát qua nhiệt. Trong khi động cơ chạy bằng khí hydro có thể chuyển đổi nhiên liệu thành năng lượng với hiệu suất lên đến 60-70%, cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong truyền thống.

Mật độ năng lượng của hydro thấp hơn so với xăng ở cùng dung tích. Ảnh: Toyota

Thật không may, mật độ năng lượng của xăng lại cao hơn hydro ở dạng lỏng (8 MJ/Lít đối với hydro lỏng so với khoảng 34,2 MJ/Lít đối với xăng). Điều này có nghĩa là xe sẽ cần nhiều hydro hơn để đi cùng một quãng đường so với xăng. Bên cạnh đó, nó vẫn kém xa so với hiệu suất của xe điện chạy bằng pin (BEV), có hiệu suất khoảng 80-90%.

Cần các bình chứa lớn hơn

Để bù đắp mật độ năng lượng thấp, xe chạy bằng hydro cần những bình chứa lớn hơn nhiều để chứa đủ lượng nhiên liệu cho phép xe di chuyển quãng đường tương tự như xe chạy bằng xăng hoặc BEV. Những bình chứa này thường nặng và chắc chắn để có thể lưu trữ chất lỏng ở áp suất cao từ 350 bar (5.000 psi) đến 700 bar (10.000 psi).

Những xe hydro cần những bình chứa lớn khiến hạn chế không gian sử dụng. Ảnh: The Japan Times

Điều này khiến trọng lượng xe tăng thêm và không gian sử dụng bên trong bị hạn chế. Vì thế, các nhà sản xuất buộc phải đánh đổi một phần của khoang chở hàng để lắp đặt bình hydro cho xe.

Thiếu cơ sở hạ tầng

Điểm để thuyết phục người dùng xe FCEV thay vì xe BEV là tốc độ nạp nhiên liệu nhanh như xăng, dầu. Tuy vậy, cơ sở hạ tầng cung cấp nhiên liệu hydro. Nguyên nhân chủ quan đến từ thách thức trong quá trình xây dựng trạm tiếp nhiên liệu.

Chúng đòi hỏi diện tích lớn hơn để chứa nhiên liệu phục vụ số lượng khách hàng tương đương với một trạm xăng trung bình trong một ngày. Đồng thời, công tác phòng chống cháy nổ cũng cần phải nghiêm ngặt hơn.

Trạm tiếp nhiên liệu hydro thiếu do lượng xe sử dụng loại nhiên liệu này không nhiều. Ảnh: MRYCG

Ngoài ra, nguyên nhân khách quan còn đến từ lượng xe sử dụng nhiên liệu hydro quá ít. Tại thị trường trọng điểm như Mỹ, xe hydro cũng chỉ có hai mẫu gồm Toyota Mirai và Hyundai Nexo. Theo thống kê từ tháng 10/2023 đến cuối tháng 3/2024, chỉ có tổng cộng 424 xe hydro được bán ra, so với 1.453 xe được bán ra trong cùng kỳ năm trước.

Chính điều này đã khiến nhà cung cấp nhiên liệu Shell phải đưa ra thông báo vào đầu năm nay rằng họ sẽ đóng cửa vĩnh viễn 7 trạm mà họ sở hữu để tập trung và ưu tiên đầu tư vốn vào các lĩnh vực có lợi thế cạnh tranh riêng biệt.

Xe điện chạy pin cũng gặp khó khăn trong vấn đề trạm sạc. Thế nhưng, sự khác biệt lớn là xe BEV có thể sạc xe hầu như ở bất cứ nơi nào có ổ cắm điện, trong khi xe chạy bằng hydro hoàn toàn phụ thuộc vào các trạm tiếp nhiên liệu.

Giá bán cao

Hiện tại, Toyota Mirai đang là mẫu xe hydro bán chạy nhất thị trường với giá bán từ 51.000-68.000 USD (1,29-1,72 tỷ đồng), đắt hơn đáng kể so với xe xăng và tương đương với các mẫu xe điện hiện nay.

Giá bán của Toyota Mirai 2024 từ 51.000 USD ngang ngửa với giá xe điện. Ảnh: Toyota

Có điều, pin xe điện đang ngày một rẻ hơn và giá pin lithium-ion đã giảm hơn 80% chỉ trong thập kỷ qua. Điều đó sẽ kéo theo giá bán xe điện trở nên hấp dẫn hơn. Ngoài ra, một phân tích gần đây của tờ Hydrogen Insight chỉ ra chi phí nhiên liệu hydro sẽ đắt hơn điện hoặc thậm chí cả xăng.

Tại bang California (Mỹ), chi phí cho một chiếc Toyota Mirai cao gần gấp 14 lần so với một chiếc Tesla Model 3 cùng quãng đường di chuyển. Ở các nơi khác, sự chênh lệch này là không lớn nhưng vẫn đủ cho thấy hydro là lựa chọn đắt tiền hơn.

Thiếu sự ủng hộ của công chúng

Có lẽ vấn đề quan trọng nhất mà xe sử dụng nhiên liệu hydro phải đối mặt là thiếu sự ủng hộ của công chúng đối với công nghệ này. Có một lo lắng ăn sâu vào suy nghĩ của nhiều người rằng nhiên liệu hydro không an toàn dù có nhiều hệ thống an toàn được triển khai.

Mối lo ngại này không phải là không có cơ sở. Vào năm 2020, một nhà máy hydro ở Bắc Carolina đã phát nổ, gây thiệt hại cho khoảng 40 ngôi nhà, nhưng may mắn là không có thương vong. Những vụ tai nạn như thế này luôn được nêu ra và chúng thường bị thổi phồng quá mức so với mức độ nguy hiểm thực tế mà chúng gây ra.