Xe điện hay xe sử dụng Hydro là tốt hơn? Hydrogen và ô tô điện hoạt động như thế nào?
Một chiếc ô tô chạy nhiên liệu hydro có một bình hydro cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu với khí hydro áp suất cao sẽ trộn với oxy. Hỗn hợp này bắt đầu một phản ứng điện hóa tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Điều này có nghĩa là ô tô chạy bằng hydro có đặc điểm của cả ô tô điện (do sử dụng năng lượng điện và động cơ) và ô tô chạy xăng thông thường (do có bình xăng). Tuy nhiên, chúng đại diện cho một thị phần duy nhất của thị trường vận tải và chúng còn được gọi là FCV (Xe chạy bằng pin nhiên liệu) hoặc FCEV (Xe điện toàn phần).
Pin nhiên liệu là thành phần chính của ô tô chạy bằng hydro. Hãy xem chúng như người chỉ huy tất cả các quá trình diễn ra bên trong ô tô để nó có năng lượng chuyển động. Tóm lại, pin nhiên liệu biến khí hydro dự trữ (bằng cách trộn nó với oxy) thành điện năng. Điện này sau đó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một động cơ điện để đẩy chiếc xe mà không có bất kỳ khí thải độc hại nào. Trên thực tế, sản phẩm phụ duy nhất của toàn bộ quá trình là nước và nhiệt, kết quả của sự kết nối các nguyên tử hydro và oxy tạo thành phân tử H20.
Mặt khác, xe điện (EV), được cung cấp bởi động cơ điện kéo dòng điện từ pin sạc hoặc các nguồn điện di động khác. Một khi chúng đang di chuyển, cũng không có phản ứng hóa học nào xảy ra, chỉ có một phản ứng điện nhờ vào pin nguồn đã được sạc trước đó. Nhưng cái nào tốt sinh thái và bền vững hơn? Ô tô điện hay ô tô chạy bằng hydro? Trước khi đưa ra kết luận cuối cùng, trước tiên chúng ta hãy xem xét các đặc điểm quan trọng nhất của từng loại xe.
Ưu và nhược điểm của Hydro và Xe điện:
Chạy ở nơi chạy thử – thử nghiệm:
Động cơ sử dụng hydro
Hyundai Nexo (chạy bằng hydro) có thể đi được quãng đường 330 dặm hoặc 550 km, tương đương với Tesla Model S chạy điện, loại tốt nhất trên thị trường xe điện hiện nay. Tuy nhiên, thật khó để nói chính xác phạm vi lái của những chiếc xe này. Nó phụ thuộc vào một số chỉ số như số lượng hành khách mà xe đang chở, máy lạnh đang bật hay tắt, xe đang chạy trên đường cao tốc hay kẹt xe ở trung tâm thành phố, loại xe của chính nó…
Đây là lý do tại sao những người khác nhau đã báo cáo những trải nghiệm khác nhau, do sự kết hợp độc đáo của tất cả các biến số này. Tuy nhiên, khi những chiếc xe chạy bằng hydro có mật độ dự trữ năng lượng dày đặc, chúng thường có thể đạt được quãng đường dài hơn.
Theo AutomotiveTechnologies, trong khi hầu hết các loại xe chạy hoàn toàn bằng điện có thể đi được quãng đường từ 160 – 320 km cho một lần sạc, thì những chiếc chạy bằng hydro có thể đi được 482 km (~300 dặm).
Trạm tiếp hydro/điện:
Số lượng trạm điện cho xe điện EV đang tăng lên mỗi ngày và đã có 20.000 trạm sạc điện ở Hoa Kỳ vào tháng 12 năm 2018. Một con số lớn khi so sánh với ít hơn 45 trạm nạp hydro ở Hoa Kỳ, hầu hết đều ở khu vực California, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Thật vậy, cơ sở hạ tầng, nguồn cung cấp và công nghệ của ô tô chạy bằng hydro vẫn còn kém nhiều năm so với xe điện.
Thời gian sử dụng nhiên liệu và thời gian tiếp nhiên liệu?
Khoảng thời gian để bơm hydro vào bình chứa nhiều thời gian hơn (từ 5 đến 10 phút, giống như bất kỳ ô tô chạy xăng nào) so với thời gian bơm từ ô tô điện. Trong khi bộ sạc nhanh của Tesla (công suất 120 kW) cung cấp cho pin 80% năng lượng trong nửa giờ, BMW i3 hoặc Nissan Leaf có thể mất khoảng 4 hoặc 8 giờ tương ứng để được sạc đầy.
Nguồn cung hydro cũng là một vấn đề đáng quan tâm
Cuối cùng, thời gian ô tô điện tiếp điện rõ ràng phụ thuộc vào trạm sạc và loại đầu nối sạc . Nhưng bất kể sự kết hợp là gì, và ngay cả với bộ siêu tăng áp V3 gần đây nhất của Tesla vẫn đang trong quá trình thử nghiệm ở San Francisco, đây là một chiến thắng rõ ràng cho xe hydro – tất cả là do 1kg hydro lưu trữ năng lượng gấp 236 lần so với 1 kg lithium- pin ion.
Nguồn cung Hydro:
Mặc dù hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, nhưng nó không tồn tại ở dạng tinh khiết trong Hành tinh Xanh. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta muốn sử dụng nó làm nhiên liệu cho ô tô của mình, chúng ta cần sản xuất nó từ các hợp chất khác như nước, khí tự nhiên hoặc nhiên liệu hóa thạch khác hoặc sinh khối. Và đối với điều này, năng lượng cần phải được sử dụng và các chi phí môi trường và kinh tế sẽ đi vào phương trình.
Mặt khác, chúng ta có thể lấy hydro một cách sạch sẽ bằng cách đảo ngược quá trình điện phân của nước. Vấn đề là quá trình tách các phân tử H20 để lấy hydro tiêu tốn một lượng năng lượng cao, khiến nó trở thành một quá trình rất tốn kém. Tuy nhiên, nếu năng lượng này có thể đến từ các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời hoặc gió, thì chu trình năng lượng ròng có thể nhận được rất ít carbon và quá trình này trở nên thân thiện với môi trường hơn. Tuy nhiên, một tình huống khác là hiệu suất của quá trình, đó là hiệu suất chỉ 75% và cho phép mất 25% điện năng.
Đây là lý do tại sao ngày nay hầu hết nhiên liệu hydro thu được là bằng quá trình “khai thác” khí tự nhiên, ít tốn kém hơn so với quá trình điện phân. Mặt hạn chế là các sản phẩm phụ có hại như carbon dioxide và carbon monoxide được tạo ra trong quá trình này, góp phần làm trái đất nóng lên.
Nơi tiếp nhiên liệu hydro
Hơn nữa, rò rỉ khí mê-tan trong khi khai thác khí tự nhiên không phải là hiếm. Và những phân tử này không chỉ kém hơn 86 lần so với CO2, chịu trách nhiệm cho khoảng 25% lượng phát thải KNK toàn cầu. Quá trình khai thác khí tự nhiên – fracking – thường cũng có tác động môi trường đáng kể và có thể gây hại cho hệ sinh thái, đa dạng sinh học, làm ô nhiễm vùng biển và gây ra những trận động đất nhỏ.
Một số lợi ích của ô tô chạy bằng khí hydro?
Ô tô sử dụng pin nhiên liệu hydro thay vì pin lithium-ion (điển hình của ô tô điện) dường như loại bỏ được vấn đề vòng đời của pin lithium. Đây là một điểm cộng cho hiện tại, vào thời điểm vẫn còn một số điều không chắc chắn về tương lai của những loại pin này (từ ô tô, nhưng cũng từ các tấm pin mặt trời, điện thoại di động và những loại khác) khi chúng không còn phục vụ mục đích chính của chúng nữa. Chúng khó tái chế và một số dự án đang được phát triển để tái sử dụng chúng làm máy phát điện dự phòng trong các tòa nhà đô thị như bệnh viện.
Đồng thời, lái xe dùng nhiên liệu hydro mà không có bất kỳ khí thải gây ô nhiễm nào (sẽ xảy ra nếu chúng ta xem xét các mạng lưới năng lượng tái tạo đang phát triển trên toàn thế giới với quá trình khử cacbon) với điểm cộng là được tiếp nhiên liệu nhanh chóng trong 5-10 phút so với trường hợp tốt nhất là 40 phút sạc hoặc phổ biến nhất kịch bản sạc 3-6 giờ trong ô tô điện, cũng là một chiến thắng không thể nghi ngờ đối với phong trào di động hydro.
Ô tô điện và ô tô hydro – Đâu sẽ là lựa chọn tốt hơn?
Ô tô điện và ô tô hydro – Đâu sẽ là lựa chọn tốt hơn?
Bất chấp những lợi ích nêu trên, hầu hết hydro ngày nay (95% là Hoa Kỳ ) được sản xuất bằng quá trình cải tạo mêtan. Điều này đã phá bỏ tất cả tiềm năng của các phương tiện chạy bằng hydro như một giải pháp chống lại biến đổi khí hậu vì khí carbon monoxide và dioxide được tạo ra trong quá trình này. Ngoài ra, nhu cầu sử dụng khí tự nhiên (nhiên liệu hóa thạch) có thể thoát ra trong giai đoạn khai thác và vận chuyển (thông qua đường ống) cũng không thuyết phục lắm. Ngay cả khi quá trình cải tạo khí metan được cải thiện thì nó vẫn không có khả năng là một giải pháp lâu dài.
Tuy nhiên, khi công nghệ phát triển, có lẽ quá trình điện phân nước để lấy hydro có thể được cải thiện và được sử dụng nhiều hơn nữa khi quá trình này trở nên hiệu quả hơn. Bởi vì thực tế rằng ô tô chạy bằng hydro có nghĩa là sử dụng năng lượng hai lần (để tạo ra hydro và sau đó sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho xe) trong khi ô tô điện có thể sử dụng năng lượng từ lưới điện là một lập luận mạnh mẽ ủng hộ ô tô điện. Tất cả là vì sau khi chuyển đổi điện năng thành hydro và trở lại điện năng có thể mất tới 45% năng lượng (bao gồm cả việc nén nó thành chất lỏng và lưu trữ), khiến nó trở thành một quá trình không hiệu quả lắm .
Tuy nhiên, trong khi các phương pháp sản xuất hydro mới đang được phát triển, chẳng hạn như màng trao đổi proton, theo các nhà khoa học, có thể đạt hiệu suất 86%, chúng ta cần chờ xem điều gì sẽ xảy ra. Sử dụng nguồn cung cấp năng lượng bổ sung để sản xuất hydro và tạo ra một số phiên bản hybrid của ô tô hydro-lithium-ion cũng có thể là một điều gì đó.
Ngày nay, ô tô điện là một phương tiện dễ tiếp cận hơn – liên quan đến các loại ô tô và điểm sạc khác nhau. Chúng bao gồm các quy trình hiệu quả hơn so với ô tô chạy bằng hydro và nếu pin lithium của chúng được tái sử dụng để đáp ứng các mục đích khác nhau, chúng muốn duy trì một giải pháp bền vững hơn, ít nhất là trong vài năm tới.