Chạy ô tô bằng hydro: Nhìn lại Sứ mệnh hydro quốc gia của Ấn Độ

Ấn Độ đã công bố Sứ mệnh Hydrogen Quốc gia sẽ vạch ra một lộ trình sử dụng hydro làm nguồn năng lượng. Sáng kiến ​​có tiềm năng chuyển đổi giao thông vận tải.

Chiếc xe chạy pin nhiên liệu hydro Mirai đã được tân trang của Toyota, cho thấy kỹ thuật bên dưới mui xe, được trưng bày tại sự kiện ra mắt của hãng ở Tokyo vào tháng 12 năm 2020. (Ảnh: Reuters)

Theo truyền thống, là một nước đi chậm trong công nghệ xe điện (EV), Ấn Độ đã sớm vào cuộc một cách bất thường trong cuộc đua khai thác tiềm năng năng lượng của nguyên tố dồi dào nhất trong vũ trụ, hydro. Chưa đầy 4 tháng sau khi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ công bố khoản đầu tư lên tới 100 triệu USD vào nghiên cứu và phát triển công nghệ pin nhiên liệu và sản xuất hydro, Ấn Độ đã công bố Sứ mệnh Hydrogen Quốc gia.

Đề xuất trong Ngân sách sẽ được theo sau với một dự thảo sứ mệnh trong vài tháng tới - một lộ trình sử dụng hydro làm nguồn năng lượng, với trọng tâm cụ thể là hydro xanh, bổ sung năng lực tái tạo ngày càng tăng của Ấn Độ với nền kinh tế hydro, các quan chức chính phủ cho biết .

Và trong khi các lĩnh vực sử dụng cuối được đề xuất bao gồm thép và hóa chất, ngành công nghiệp chính mà hydro có tiềm năng biến đổi là giao thông vận tải - đóng góp một phần ba tổng lượng phát thải khí nhà kính và nơi hydro đang được coi là sự thay thế trực tiếp cho nhiên liệu hóa thạch, với lợi thế cụ thể so với xe điện truyền thống.

Một số ít các phi công liên kết với tính di động đang được tiến hành.

Vào tháng 10, Delhi đã trở thành thành phố Ấn Độ đầu tiên vận hành xe buýt chạy bằng khí nén tự nhiên tăng đột biến hydro (H-CNG) trong một dự án thử nghiệm kéo dài 6 tháng. Các xe buýt sẽ chạy trên một công nghệ mới được cấp bằng sáng chế bởi Tập đoàn Dầu khí Ấn Độ để sản xuất H-CNG - 18% hydro trong CNG - trực tiếp từ khí tự nhiên mà không cần sử dụng phương pháp pha trộn thông thường.

Công ty điện lực lớn NTPC Ltd đang vận hành thử nghiệm 10 xe buýt điện sử dụng pin nhiên liệu hydro và ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu ở Leh và Delhi, đồng thời đang xem xét thiết lập một cơ sở sản xuất hydro xanh ở Andhra Pradesh.

IOC cũng đang có kế hoạch thành lập một đơn vị chuyên sản xuất hydro để chạy xe buýt tại trung tâm R&D của mình ở Faridabad.

Như một khuôn khổ pháp lý hỗ trợ, Bộ Giao thông Đường bộ và Đường cao tốc vào cuối năm ngoái đã ban hành một thông báo đề xuất sửa đổi Quy tắc Phương tiện Cơ giới Trung ương, năm 1989, bao gồm các tiêu chuẩn đánh giá an toàn cho các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu hydro.

Tại sao hydro - và các loại của nó

Tiềm năng của hydro như một nguồn nhiên liệu sạch đã có lịch sử kéo dài gần 150 năm. Vào năm 1874, nhà văn khoa học viễn tưởng Jules Verne đã đặt ra một viễn cảnh tiên tri trong The Mysterious Island - về một thế giới mà một ngày nào đó nước sẽ được sử dụng làm nhiên liệu, hydro và oxy tạo thành nó, được sử dụng đơn lẻ hoặc cùng nhau, sẽ cung cấp một nguồn vô tận nhiệt và ánh sáng, ở cường độ mà than không có.

Năm 1937, khí cầu chở khách LZ129 Hindenburg của Đức sử dụng nhiên liệu hydro để bay qua Đại Tây Dương, nhưng phát nổ khi đang cập cảng Hải quân Lakehurst ở New Jersey, khiến 36 người thiệt mạng. Vào cuối những năm 1960, pin nhiên liệu hydro đã giúp cung cấp năng lượng cho các sứ mệnh Apollo lên mặt trăng của NASA.

Sau cú sốc giá dầu vào những năm 1970, khả năng hydro thay thế nhiên liệu hóa thạch đã được xem xét nghiêm túc. Ba nhà sản xuất ô tô - Honda và Toyota của Nhật Bản và Hyundai của Hàn Quốc - kể từ đó đã quyết định chuyển hướng thương mại hóa công nghệ này, mặc dù ở quy mô hạn chế.

Nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhiên không được tìm thấy một cách tự do. Hydro chỉ tồn tại khi kết hợp với các nguyên tố khác và phải được chiết xuất từ ​​các hợp chất có trong tự nhiên như nước (là sự kết hợp của hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy). Mặc dù hydro là một phân tử sạch, quá trình chiết xuất nó tiêu tốn nhiều năng lượng.

Các nguồn và quá trình tạo ra hydro được phân loại theo các tab màu. Hydro được sản xuất từ ​​nhiên liệu hóa thạch được gọi là hydro xám; điều này tạo nên phần lớn hydro được sản xuất ngày nay. Hydro được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch với các tùy chọn thu giữ và lưu trữ carbon được gọi là hydro xanh; hydro được tạo ra hoàn toàn từ các nguồn năng lượng tái tạo được gọi là hydro xanh. Trong quá trình cuối cùng, điện tạo ra từ năng lượng tái tạo được sử dụng để tách nước thành hydro và oxy.

Trường hợp cho hydro màu xanh lá cây

Hydro xanh có những ưu điểm cụ thể. Một, nó là một phân tử cháy sạch, có thể khử cacbon trong một loạt các lĩnh vực bao gồm sắt thép, hóa chất và giao thông vận tải. Hai, năng lượng tái tạo không thể được lưu trữ hoặc sử dụng bởi lưới điện có thể được chuyển sang kênh để sản xuất hydro.

Đây là mục tiêu của Sứ mệnh Năng lượng Hydro của chính phủ, sẽ được khởi động vào năm 2021 đến 22. Lưới điện của Ấn Độ chủ yếu dựa trên than và sẽ tiếp tục như vậy, do đó sẽ phủ nhận lợi ích thế chấp từ việc thúc đẩy EV quy mô lớn - vì than sẽ phải được đốt cháy để tạo ra điện cung cấp năng lượng cho các phương tiện này. Ở một số quốc gia đã thúc đẩy EV, phần lớn điện được tạo ra từ năng lượng tái tạo - ví dụ như ở Na Uy, 99% là từ năng lượng thủy điện. Các chuyên gia tin rằng phương tiện chạy bằng hydro có thể đặc biệt hiệu quả trong vận tải đường dài và các lĩnh vực khó điện khác như vận tải biển và đường hàng không đường dài. Sử dụng pin nặng trong các ứng dụng này sẽ phản tác dụng, đặc biệt là đối với các quốc gia như Ấn Độ, nơi mạng lưới điện chủ yếu là đốt than.

Cách thức hoạt động của pin nhiên liệu hydro

Đặc biệt là Hàn Quốc và Nhật Bản đang tập trung vào việc chuyển thị trường ô tô của họ sang hydro và tiềm năng của pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu là gì?

Hydro là một chất mang năng lượng, không phải là một nguồn năng lượng. Nhiên liệu hydro phải được biến đổi thành điện năng bởi một thiết bị gọi là ngăn xếp pin nhiên liệu trước khi nó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô hoặc xe tải. Pin nhiên liệu chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện bằng cách sử dụng các chất oxy hóa thông qua phản ứng oxy hóa-khử. Các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu thường kết hợp hydro và oxy để tạo ra điện năng cung cấp năng lượng cho động cơ điện trên tàu. Vì xe chạy bằng pin nhiên liệu sử dụng điện để chạy nên chúng được coi là xe điện.

Bên trong mỗi pin nhiên liệu riêng lẻ, hydro được hút từ một bình tích áp trên tàu và được tạo ra để phản ứng với chất xúc tác, thường được làm từ bạch kim. Khi hydro đi qua chất xúc tác, nó bị tước bỏ các điện tử, các điện tử này buộc phải di chuyển dọc theo mạch ngoài, tạo ra dòng điện. Dòng điện này được sử dụng bởi động cơ điện để cung cấp năng lượng cho xe, với sản phẩm phụ duy nhất là hơi nước.

Xe ô tô chạy bằng pin nhiên liệu hydro có lượng khí thải carbon gần như bằng không. Hyđrô có hiệu suất cao hơn khoảng hai đến ba lần so với việc đốt cháy xăng, bởi vì phản ứng điện hóa học hiệu quả hơn nhiều so với quá trình đốt cháy.

THAM GIA NGAY :Kênh điện tín giải thích nhanh

FCEV và các EV khác

Xe điện (EV) thường được chia thành bốn loại lớn:

* Xe điện hybrid thông thường hoặc HEV như Toyota Camry kết hợp hệ thống động cơ đốt trong thông thường với hệ thống động cơ điện, tạo ra hệ thống truyền động hybrid làm giảm đáng kể mức sử dụng nhiên liệu. Pin tích hợp trong hybrid thông thường được sạc khi động cơ IC cấp nguồn cho hệ thống truyền động.

* Xe hybrid hoặc PHEV plug-in như Chevrolet Volt cũng có hệ dẫn động hybrid sử dụng động cơ IC và năng lượng điện để tạo động lực, được hỗ trợ bởi pin sạc có thể được cắm vào nguồn điện.

* Xe điện hoặc BEV chạy bằng pin như Nissan Leaf hoặc Tesla Model S không có động cơ IC hoặc bình nhiên liệu và chạy bằng hệ thống truyền động hoàn toàn bằng điện chạy bằng pin sạc.

* Xe điện sử dụng pin nhiên liệu hoặc FCEV như Toyota’s Mirai, Honda’s Clarity và Hyundai’s Nexo sử dụng khí hydro để cung cấp năng lượng cho động cơ điện trên xe. FCEV kết hợp hydro và oxy để tạo ra điện, chạy động cơ. Vì chúng được cung cấp hoàn toàn bằng điện nên FCEV được coi là EV, nhưng không giống như BEV, phạm vi hoạt động và quy trình tiếp nhiên liệu của chúng có thể so sánh với ô tô và xe tải thông thường.

Sự khác biệt chính giữa BEV và hydro FCEV là loại sau này cho phép thời gian tiếp nhiên liệu chỉ năm phút, so với 30-45 phút sạc cho BEV. Ngoài ra, người tiêu dùng nhận được khả năng lưu trữ năng lượng tốt hơn khoảng năm lần trên một đơn vị thể tích và trọng lượng, giúp giải phóng nhiều không gian cho những thứ khác, đồng thời cho phép người lái đi xa hơn.

Vấn đề về khối lượng tới hạn

Bất chấp lời hứa của nó, công nghệ hydro vẫn chưa được mở rộng. Giám đốc điều hành Tesla Elon Musk đã gọi công nghệ pin nhiên liệu là ngu ngốc.

Trên toàn cầu, có dưới 25.000 xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro trên đường vào cuối năm 2020; để so sánh, số lượng ô tô điện là 8 triệu chiếc.

Một rào cản lớn đối với việc áp dụng phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro là thiếu cơ sở hạ tầng trạm tiếp nhiên liệu - ô tô chạy bằng pin nhiên liệu tiếp nhiên liệu theo cách tương tự như ô tô thông thường, nhưng không thể sử dụng cùng một trạm. Hiện nay trên thế giới có ít hơn 500 trạm hydro đang hoạt động, chủ yếu ở châu Âu, tiếp theo là Nhật Bản và Hàn Quốc. Có một số ở Bắc Mỹ.

An toàn được coi là một mối quan tâm. Hydro được tạo áp suất và lưu trữ trong một bồn chứa đông lạnh, từ đó nó được đưa đến một tế bào áp suất thấp hơn và đưa qua phản ứng điện hóa để tạo ra điện. Hyundai và Toyota cho biết độ an toàn và độ tin cậy của bình nhiên liệu hydro tương tự như của động cơ CNG tiêu chuẩn.

Mở rộng quy mô công nghệ và đạt được khối lượng quan trọng vẫn là thách thức lớn. Nhiều phương tiện lưu thông trên đường và nhiều cơ sở hạ tầng hỗ trợ hơn có thể làm giảm chi phí. Sứ mệnh đề xuất của Ấn Độ được coi là một bước đi theo hướng đó.

Chia Sẻ VớI BạN Bè CủA BạN: