Ôtô-Xe Máy

Động cơ nhiên liệu khí hydro - tương lai công nghiệp xe hơi

Thứ ba, 25/08/2020, 07:13 GMT+7


Vẫn sử dụng động cơ đốt trong, nhiên liệu khí Hydro thân thiện hơn với môi trường và hiệu quả hơn xe chạy điện.

Một trong những hậu quả của đại dịch Covid-19 là việc làm thay đổi lâu dài, và có thể là vĩnh viễn thói quen di chuyển bằng phương tiện giao thông của con người. Thay vì dùng phương tiện công cộng như xe buýt, tàu điện nổi và ngầm, hay taxi ở các đô thị và từ nhà đến nơi làm việc, người dân ở các nước phát triển lại quay về xu hướng sử dụng xe cá nhân, như xe hơi, xe mô tô hay xe đạp điện.

Đó có thể là tin tốt cho ngành công nghiệp chế tạo ôtô. Tuy nhiên, ngành này lại đang đứng trước một loạt thách thức như phải làm sao để xe hơi ngày càng an toàn, nhiều tiện nghi, tiết kiệm năng lượng nhưng hiệu suất phải cao và thân thiện nhiều nhất có thể được với môi trường. Xu hướng sử dụng xe có động cơ điện ngày một lớn dần, bắt đầu cạnh tranh mãnh liệt, đe doạ sự tồn tại của xe hơi có động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng, diesel, khí ga tự nhiên.

Tuy nhiên, xe chạy điện cũng đặt ra những thách thức nghiêm trọng. Thứ nhất là nguồn điện dùng để sạc pin cho ôtô vẫn phụ thuộc chủ yếu vào các nhà máy nhiệt điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, như than đá, dầu mỏ, khí ga tự nhiên, vì vậy vẫn tiếp tục sản sinh lượng khí CO2 không lồ (đặc biệt là ở các quốc gia không có thủy điện, không sử nhà máy điện nguyên tử và kém phát triện điện mặt trời và điện gió), tiếp tục làm tăng hiệu ứng nhà kính, tiếp tục đe doạ hệ sinh thái của trái đất.

Thách thức thứ hai là vấn đề xử lý rác thải. Các pin điện hết thời hạn sử dụng có chứa các hóa chất độc hại đối với con người, khi các chất độc lan tỏa trong không khí, hay thấm vào đất hoặc nước ngầm... Thách thức thứ ba vẫn là sự bất tiện về thời gian sạc để tái nạp năng lượng (sạc đầy pin), dẫn tới việc phải gia tăng sử dụng các hóa chất ngày càng độc hại hơn để giảm thời gian sạc va gia tăng dung lượng của pin.

Một trong các giải pháp thay thế nhiên liệu hóa thạch dùng trong động cơ đốt trong đã được thử nghiệm từ khoảng đầu thế kỷ XX. Đó là đề án sử dụng khí hydro (H2) để chạy động cơ đốt trong, giống như khí ga tự nhiên vẫn đang được sử dụng cho các xe buýt ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tương tự như việc sử dụng khí gas tự nhiên, khí Hydro cũng tạo ra phản ứng cháy nổ trong buồng đốt của động cơ đốt trong để sinh công, làm piston chuyển động dọc lên-xuống, tạo ra chuyển động vòng của trục khuỷu, rồi truyền chuyển động vòng đó dẫn đến các trục lap làm quay các bánh xe.

Dẫu cho có sự tương đồng, vẫn có sự khác biệt rất hấp dẫn khi dùng khí hydro, so với dùng khí gas tự nhiên. Đó là khi dùng khí gas tự nhiên làm nhiên liệu cho động cơ, phản ứng cháy nổ sẽ làm sản sinh hai thành phần chủ yếu trong khí thải là hơi nước H2O và khí carbonic (CO2), kèm theo một ít hóa chất phụ gia nhiên liệu và chất bôi trơn chưa cháy hết vốn tồn tại ở dạng muội khói. Thành phần CO2 trong khí thải của động cơ sử dụng gas, xăng, dầu chính là kẻ phá hoại nguy hiểm nhất đối với bầu khí quyền và khí hậu trên trái đất; còn muội khói, sinh ra bụi siêu mịn lại gây hại trực tiếp cho việc hô hấp của con người, do tạo ra ô nhiễm ngày càng trầm trọng ở các đô thị.

Trong khi đó, phản ứng cháy nổ trong buồng đốt của động cơ do sự kết hợp của các khí hydro và oxy, tuy vẫn sinh nhiệt, sinh công, nhưng lại chỉ tạo ra "khí thải", mà về lý thuyết là sạch gần như tuyệt đối, hầu như không có chất phụ gia cho nhiên liệu, do chỉ bao gồm hơi nước khi sinh công: H2 + O2 = 2H2O + Năng lượng.

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng để tạo ra hydro thương mại. Có bốn phương pháp mà hiện tại đã được biết đến, là: (1) Phản ứng phân tách khí metal (CH4) ở nhiệt độ cao 700-1100 độ C (Steam reforming of methane gas), với chất xúc tác là kim loại niken: đây hiện là nguồn chủ yếu để tạo ra khí hydro; (2) Tách khí hydro từ than đá (Gasification): phương pháp hiện hành để sản xuất hydro ở khối lượng lớn; (3) Điện phân nước (Electrolysis of water: 2H2O -> 2H2 + O2): chưa áp dụng rộng rãi do giá thành còn rất cao; và (4) Dùng năng lượng mặt trời để tách hydro từ nước (Solar-hydrogen System): rất ít dùng do chi phí quá cao cho việc tái tạo các nguồn năng lượng.

Ngoài vấn đề chia tách các hợp chất để thu thập khí hydro, hai vấn đề còn tồn tại chưa được giải quyết triệt để nhằm đưa công nghệ tách khí hydro vào sản xuất thương mại là tồn trữ và vận chuyển hydro ở dạng lỏng. Để lưu trữ hydro, hiện có ba phương pháp chủ yếu: (1) Nén khí hydro dưới áp lực cao (Compressed Gas), đây là phương pháp đáng tin cậy, có thể tồn trữ vô hạn định, dễ sử dụng, nhưng đòi hỏi vốn đầu tư và chi phí vận hành cao; (2) Hóa lỏng khi hydro ở nhiệt độ thấp: cần tạo ra và duy trì nhiệt độ cực thấp, chi phí cao, có nguy cơ rò rỉ khí hydro gây ngạt cho con người hoặc hỏa hoạn; (3) Hydrua hóa kim loại (Metal Hydride), đây là phương pháp tồn trữ khối lượng lớn một cách hiệu quả, dễ dàng thu lại khí hydro và rất an toàn. Phương pháp thứ ba này là phương pháp tiềm năng nhất để tồn trữ hydro làm nhiên liệu.

Nhiều hãng xe tên tuổi của thế giới như Daimler (hãng mẹ của Mercedes), BMW và Toyota đã đi tiên phong khi sở hữu một nhóm 13 công ty trên toàn thế giới, với việc đầu tư đến 10 tỷ USD trong 10 năm tới cho việc phát triển công nghệ hydrogen và hạ tầng (trạm nhiên liệu) cho việc tiếp nhiên liệu hydro cho xe hơi.

Hiện ôtô có động cơ sử dụng nhiên liệu hydro đã bắt đầu được đưa vào sản xuất thương mại và bán ra thị trường châu Âu, nhưng số lượng bán ra còn thấp, do giá thành xe còn cao. Giá bán chiếc sedan Toyota Miral là 61.500 bảng Anh (gần 100.000 USD), dù đã được chính phủ Anh trợ giá 4.500 bảng. Tuy nhiên, người ra giá vẫn là Toyota. Đến năm 2023, cả nước Đức sẽ có 400 trạm cung cấp hydro làm nhiên liệu cho ôtô...

Mai này, khi hydro được sử dụng phổ biến, thì tương lai của xe điện sẽ khá mịt mù. Tesla biết đâu sẽ lại thấm nhuần hơn chân lý "Cao nhân, ắt có cao nhân trị". Ngành công nghiệp sản xuất động cơ đốt trong rồi sẽ lại "lên hương"?

Theo vnexpress.net



 

Các tin đã đăng đến ngày :