Pin là thành phần quan trọng của công nghệ hiện đại giúp lưu trữ và giải phóng năng lượng, rất cần thiết cho điện thoại thông minh, máy tính xách tay và thậm chí cả xe điện.
Pin năng lượng đã chứng kiến sự phát triển gần đây về mặt hiệu suất và hiệu quả. Một trong những tiến bộ này là sự khởi đầu của pin nhiên liệu hydro công nghệ đang ngày càng phổ biến do tiềm năng cung cấp năng lượng bền vững. Không giống như nhiên liệu hóa thạch thông thường, năng lượng hydro là nhiên liệu vận chuyển thay thế không phát thải và có thể tái tạo.
Công nghệ này tương đối mới hơn so với xe điện tiêu chuẩn, vốn đã thu hút được sự chú ý gần đây. Kể từ năm 2015, chỉ có ba công ty ô tô bán ô tô chạy bằng hydro, với doanh số cao nhất chỉ hơn 10,700 chiếc trong hai thế hệ. Ba công ty ô tô này là Hyundai, Honda và Toyota.
Đáng chú ý, các công ty truyền thông nổi tiếng như CNN đã đưa tin về hydro. Ví dụ, một trong những Bài viết gần đây tiết lộ kế hoạch giữa RWE, một trong những nhà sản xuất điện của Đức, và công ty năng lượng nhà nước Na Uy Equinox nhằm xây dựng các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hydro tại Đức trong vài năm tới, bao gồm cả đường ống vận chuyển.
Lần nữa, một báo cáo khác bao gồm một tuyên bố của một công ty hàng không, Airbus, công bố công khai việc phát triển động cơ pin nhiên liệu chạy bằng hydro như một phần trong sáng kiến ra mắt máy bay không phát thải vào năm 2035. Tất cả những điều này đều là những nỗ lực thúc đẩy tăng trưởng công nghệ.
Mục lục
Công nghệ pin nhiên liệu hydro là gì?
Những loại xe nào có thể sử dụng công nghệ năng lượng hydro?
Tương lai của công nghệ pin nhiên liệu hydro là gì?
Lời cuối
Công nghệ pin nhiên liệu hydro là gì?
Công nghệ pin nhiên liệu hydro sử dụng quá trình điện hóa chuyển đổi năng lượng hóa học của hydro và oxy thành năng lượng điện.
Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng một cụm pin nhiên liệu, gồm một loạt các pin nhiên liệu riêng lẻ tạo ra một lượng điện nhỏ được tổng hợp lại để tăng cường năng lượng điện.
Nguyên lý phát điện dựa trên phản ứng oxy hóa khử của hydro và oxy. Khí hydro được đưa vào anode trong khi oxy đi vào qua phía catot của pin nhiên liệu. Cả hai loại khí được tách ra bằng chất điện phân, cho phép các ion tích điện dương đi qua mà không bị trộn lẫn với nhau.
Tiếp theo, hydro tiếp xúc với chất xúc tác được đặt ở anot và bị oxy hóa để tạo ra proton (ion hydro tích điện dương) và electron (ion hydro tích điện âm). Các proton đi qua chất điện phân đến catot, trong khi các electron không thể đi qua chất điện phân bị buộc phải di chuyển xung quanh mạch đến catot. Dòng ion này là thứ tạo ra dòng điện.
Ở catốt, quá trình khử xảy ra với oxy, phản ứng với các proton và electron nhận được để tạo ra nước. Phản ứng tổng thể giải phóng năng lượng điện thông qua dòng chảy của các ion này, được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện điều khiển ô tô hoặc để sạc một lượng nhỏ pin lithium-ion giúp tiết kiệm năng lượng để sử dụng sau này.
Pin này cũng thu năng lượng từ hệ thống phanh cải tạo của xe và lưu trữ năng lượng dư thừa được giải phóng từ ngăn xếp nhiên liệu trong quá trình lái xe ít năng lượng.
Những loại xe nào có thể sử dụng công nghệ năng lượng hydro?
Công nghệ năng lượng hydro chủ yếu được sử dụng trong xe buýt và xe tải ở mức ứng dụng hiện tại. Tuy nhiên, việc triển khai còn rất thấp vì một số yếu tố như chi phí cao và cơ sở hạ tầng hạn chế, cản trở việc mở rộng công nghệ này.
Tuy nhiên, xe chạy bằng hydro có một số lợi ích khác biệt so với xe chạy bằng nhiên liệu đốt. Đầu tiên, xe buýt chạy bằng nhiên liệu hydro không thải ra chất gây ô nhiễm có hại hoặc khí nhà kính như xe thông thường. Đó là vì quá trình hóa học của các tế bào chỉ thải ra hơi nước và nhiệt như các sản phẩm phụ, khiến chúng trở thành một giải pháp thay thế sạch cho nhiên liệu hóa thạch.
Ngoài ra, xe buýt chạy bằng hydro chạy êm và không rung hoặc tiếng ồn, điều thường thấy ở các loại xe truyền thống. Các loại pin HFC này cũng có mật độ cao hơn, do đó có thể sử dụng lâu hơn và mang lại hiệu suất xe tốt hơn.
Vào thời điểm xuất bản bài viết này, các loại xe chạy bằng năng lượng hydro thông thường có thể chạy được 300-400 dặm trước khi nạp nhiên liệu, trong khi các loại xe điện thông thường chỉ chạy được 250 dặm. Hơn nữa, thời gian nạp nhiên liệu của chúng chỉ mất vài phút và thấp hơn đáng kể so với các loại xe điện thông thường, có thể mất vài giờ để sạc lại.
Thật không may, công nghệ năng lượng hydro có một vài nhược điểm. Mặc dù nhiên liệu hydro có vẻ bền vững, nhưng việc sản xuất và lưu trữ hydro lại đắt hơn so với dầu diesel và xăng truyền thống. Mặc dù là nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ, hydro không bao giờ được tìm thấy ở dạng tinh khiết.
Do bản chất nguyên tử của nó, nó luôn kết hợp với các nguyên tố khác, có thể khó tách biệt. Ví dụ, thu được năng lượng hydro từ khí thiên nhiên (CH4) đòi hỏi năng lượng rất lớn để "bẻ gãy" và giải phóng CO2 như một sản phẩm phụ.
Do đó, hiệu quả của quy trình sản xuất công nghiệp tương đối thấp, nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để sản xuất và vận chuyển nhiên liệu so với năng lượng mà nó cung cấp. Điều này dẫn đến câu hỏi liệu nó có thực sự bền vững hay không.
Hơn nữa, có rất ít trạm tiếp nhiên liệu hydro, khiến người lái xe không muốn thực hiện những chuyến đi dài. Ví dụ, thống kê cho thấy số lượng trạm tiếp nhiên liệu hydro ở California chỉ là 60. Trong khi đó, khí đốt truyền thống có hơn 100,000 trạm tiếp nhiên liệu phát triển tốt trên toàn quốc.
Chi phí nhiên liệu hydro cũng cao từ 10 đến 17 đô la Mỹ so với các trạm xăng có giá từ 5 đến 8.50 đô la Mỹ một gallon. Ngoài ra, còn có những lo ngại về an toàn về việc liệu các trạm tiếp nhiên liệu hydro có hợp lý hay không vì hydro có thể dễ cháy nếu không được xử lý đúng cách.
Tương lai của công nghệ pin nhiên liệu hydro là gì?
Bất chấp những nhược điểm của nó, nhu cầu về xe chạy bằng hydro có thể tăng trong vài năm tới khi mối lo ngại về ô nhiễm không khí và biến đổi khí hậu tiếp tục gia tăng. Sự gia tăng này là do tình trạng không phát thải của nó phục vụ cho việc chuyển đổi sang các lựa chọn giao thông sạch hơn.
Tương tự như vậy, những tiến bộ về công nghệ dự kiến sẽ cải thiện hiệu suất, hiệu quả về chi phí và độ tin cậy của pin nhiên liệu hydro, giúp xe chạy bằng hydro hấp dẫn hơn và có giá cả phải chăng hơn đối với người tiêu dùng.
Chính phủ và các công ty tư nhân cũng đang đầu tư vào việc xây dựng thêm cơ sở hạ tầng, chẳng hạn như các trạm tiếp nhiên liệu. Do đó, mọi người có nhiều khả năng sử dụng xe chạy bằng hydro trong những năm tiếp theo.
Nhưng đó không phải là tất cả. Với cuộc khủng hoảng năng lượng hiện tại đang rình rập trên toàn thế giới, các chính phủ đang nhanh chóng theo đuổi các chiến lược bảo vệ tương lai. Kết quả là, họ đang đầu tư vào LNG và cơ sở hạ tầng khí đốt tự nhiên mới, mở đường cho việc triển khai năng lượng hydro sạch trong tương lai.
Nếu tất cả các dự án hiện tại khởi động thành công vào năm 2030, hydro carbon thấp có thể tăng lên tới 16-24 Mt mỗi năm. Dựa trên những dự đoán này, hydro xanh từ máy điện phân sẽ chiếm 9-14 Mt, trong khi hydro xanh sẽ chiếm 7-10 Mt.
Tuy nhiên, ngành năng lượng hydro liên tục phải chịu đựng những khuôn khổ pháp lý không nhất quán, sự không chắc chắn về nhu cầu trong tương lai và thiếu thiết bị vận chuyển pin nhiên liệu hydro. Thật không may, chỉ có 4% dự án mới đạt được quyết định đầu tư cuối cùng hoặc đang trong quá trình triển khai.
Mặc dù công suất điện phân hàng năm năm 2022 được nâng cấp lên 8 gigawatt, nhưng có thể đạt 60 gigawatt hàng năm vào năm 2030 nếu tất cả các dự án mới đều tiến triển. Quan trọng hơn, có thể có khả năng giảm giá 70% vào năm 2030 nếu năng lực sản xuất tăng lên—tác động của việc này sẽ tương tự như giá giảm bất ngờ đã giúp thúc đẩy tăng trưởng năng lượng mặt trời và năng lượng gió.
Mặc dù tương lai có vẻ hứa hẹn, nhưng cần lưu ý rằng quá trình sản xuất hydro sạch hiện chưa đủ nhanh để đạt được Mục tiêu Phát thải ròng bằng 2050 của IEA vào năm XNUMX. Vì lý do này, ngành này cần có hành động khẩn cấp để khuyến khích nhiều ưu đãi và đầu tư hơn nhằm tăng cung và cầu đối với năng lượng hydro carbon thấp, giá cao.
Lời cuối
Xe chạy bằng hydro chắc chắn là những phát minh đầy hứa hẹn. Mặc dù công nghệ này vẫn còn trong giai đoạn trứng nước, nhưng chắc chắn nó có tiềm năng tạo ra một giải pháp khả thi và bền vững cho cuộc khủng hoảng biến đổi khí hậu.
Bài viết này cung cấp những hiểu biết sâu sắc về lĩnh vực mới mẻ và đầy cảm hứng này, và ngay cả với nhiều rào cản, ngành vận tải vẫn có thể lạc quan về tác động của công nghệ này trong tương lai gần.
