XE ĐIỆN & XE PIN NHIÊN LIỆU

Vào năm 2021, tất cả các hãng xe hơi lớn trên thế giới đã chính thức đưa vào chương trình nghị sự chiến lược, đòng loạt công bố thời hạn ngừng bán xe chạy nhiên liệu xăng dầu. Volkswagen tuyên bố sẽ ngừng bán xe nhiên liệu từ năm 2033 đến năm 2035. Audi có kế hoạch sản xuất xe điện vào năm 2026 và ngừng bán xe nhiên liệu vào năm 2033. Ford dự kiến năm 2030 sẽ ngừng bán xe chạy xăng. General Motors đề xuất ra mắt 30 sản phẩm xe điện trên toàn cầu vào cuối năm 2025. Thương hiệu xe thể thao hạng sang Jaguar có kế hoạch chuyển đổi sang xe điện năm 2025, trong khi Land Rover dự kiến năm 2030, cả hai thương hiệu này tuyên bố sẽ cung cấp các sản phẩm thuần điện trong 10 năm tới.

Mặc dù các hãng xe hơi có chiến lược phát triển như vậy, nhưng tôi cho rằng, động cơ đốt trong truyền thống còn lâu mới bị loại bỏ, bởi tiềm năng nâng cấp công nghệ vẫn còn rất lớn, tính kinh tế, an toàn và ổn định vẫn đang tốt nhất, đồng thời xăng dầu cũng là dạng năng lượng trưởng thành nhất hiện nay. Xe hơi chất lượng cao vẫn đang tiếp tục phát triển, như xe diesel sạch của Đức, công nghệ đốt cháy phân tầng TFSI của Audi hay Mazda, động cơ đánh lửa do nén của Honda, chưa kể các công ti dầu mỏ cải tiến công nghệ lọc dầu để cung cấp nhiên liệu chất lượng cao cho xe cộ. Các hãng ô tô của Đức và Nhật vẫn đang tự hào với doanh số bán hàng đứng đầu danh sách. Công nghệ, năng lực sản xuất, chất lượng, an toàn, kiểm soát chi phí và sự hiểu biết về ngành công nghiệp ô tô của những hãng xe này đã được tích lũy hàng trăm năm, đây không phải là những thứ mà ô tô năng lượng mới một sớm một chiều có thể nhanh chóng vượt qua.

Hiện tại không chỉ Việt Nam, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới năng lượng dầu khí luôn phụ thuộc vào nhập khẩu, lại bị kiểm soát bởi những thế lực khác, nên rất thụ động. Mặc dù nguồn dự trữ dầu mỏ vẫn còn rất dồi dào, nhưng xét cho cùng đây là nguồn tài nguyên không thể tái tạo, khí thải xăng dầu là một thách thức nghiêm trọng việc bảo vệ môi trường, đi ngược lại xu hướng quốc tế.

Nhờ có công nghệ mới, điện có thể được tạo ra từ mặt trời, gió, nước chảy, sóng biển, hải lưu, thuỷ triều, bề mặt đại dương, sinh khối, địa nhiệt. Các nguồn năng lượng tái tạo này có đặc tính không ổn định. Ví dụ điện gió ở Ninh Thuận, mỗi quạt gió quay trung bình 16 vòng mỗi phút, sinh ra hơn 3400 kWh điện. Giả sử vào ban đêm, tất cả các quạt gió cùng tải 3400 kW điện lên đường dây, trong khi các thiết bị điện không sử dụng dẫn đến tình trạng dư thừa điện, cả hệ thống sẽ rơi vào tình trạng rất nguy hiểm. Để dễ hình dung, tôi minh hoạ bằng một thí nghiệm nhỏ mà học sinh cấp 2 vẫn làm trong giờ vật lí, sử dụng động cơ đồ chơi phát điện nối với một bóng điện nhỏ, động cơ quay chậm bóng điện tối, động cơ quay nhanh bóng điện sáng, nếu quay nhanh quá dây tóc bóng đièn sẽ bị phát nổ. Trong cuộc sống thực tế, vào ban đêm mức tiêu thụ điện giảm trên diện rộng, nếu điện tải lên đường dây quá nhiều không được kiểm soát tốt, các thiết bị tiếp tục sử dụng điện sẽ bị hư hỏng dưới điện áp cao. Đó cũng là lí do các vụ cháy do chập điện hay xảy ra vào ban đêm, vì điện thừa gây quá tải đường dây, điện thừa gây cháy các thiết bị. Một ví dụ khác là điện mặt trời, tổng công suất cả nước vào khoảng 19.400 MWp, chiếm khoảng 25% công suất điện quốc gia, từ tháng 9 trở đi do trời mát các thiết bị điện ít sử dụng, đặc biệt là những ngày nghỉ, khoảng thời gian 10h-14h bức xạ mặt trời tốt nhất trong ngày đã gây thừa điện trên toàn hệ thống.

Đường dây không thể tích trữ điện, trong khi công suất điện tái tạo phụ thuộc vào nắng, gió, sóng biển, thuỷ triều, dòng nước chảy, nên trong một ngày sẽ có những thời điểm dư thừa, theo tháng hay theo mùa sẽ có hiện tượng thừa điện mang tính chu kì. Pin chạy ô tô sẽ là một giải pháp tích trữ điện. Tôi dự đoán, tương lai không xa, giá điện sẽ thay đổi theo giờ trong ngày. Chính phủ Đức đã nhiều lần phải cho người dân tiền để họ tăng sử dụng điện tránh quá tải. Hầu hết các quốc gia, người dân sử dụng điện từ 22h đêm đến 7h sáng hôm sau, giá sẽ rẻ chỉ bằng một nửa so với khung giờ còn lại. Việt Nam có lẽ rồi cũng vậy, một quốc gia đầy nắng và gió, rất nhiều sông hồ, bờ biển chạy dài miên man, thì tôi tin nếu có phương án sản xuất điện khoa học và chính sách quản lí điện hợp lí, sẽ có ngày những người đi ô tô sạc điện vào giữa trưa hay ban đêm, tài khoản của họ sẽ được cộng thêm khá nhiều tiền.

Thử làm phép tính, mỗi xe chạy từ Hà Nọi đến Vinh khoảng 300 km, hết khoảng 40kW điện. Với giá hiện tại thì tiền điện hết khoảng 130 ngàn đồng. Quá rẻ so với xăng. Tôi giả sử xe chạy xăng E92, tiêu thụ 6 lít/100km, vậy từ Hà Nội đến Vinh 18 lít xăng sẽ hết khoảng 400 ngàn đồng.

Đó là ưu thế vượt trội của xe ô tô điện, do động cơ điện có thể tạo ra mô-men xoắn cực đại khi ở dải tốc độ thấp, nhờ đó nhờ đó xe điện có thể thu được lực truyền động từ phía bánh xe lớn khi khởi động, nên thời gian khởi động rất nhanh, chẳng hạn như chiếc Tesla nổi tiếng, có hiệu suất tăng tốc khi xuất phát tuyệt vời. Ngược lại, tô thông thường sử dụng động cơ đốt trong làm nguồn năng lượng, do đó mô-men xoắn chỉ đạt công suất cao ở một tốc độ nhất định, tức là quá trình khởi động cần thời gian để đạt tốc độ.

Có nhiều ưu thế khác, như xe ô tô xăng dầu phải dùng hộp số để điều chỉnh tốc độ, nhưng xe điện không cần hộp số, nếu có thì hộp số của xe điện cũng đơn giản. Ô tô điện không cần bảo dưỡng định kì. Tích hợp phần mềm cũng là một ưu thế. Hiện tại, Tesla là công ti ô tô năng lượng mới có giá trị thị trường cao nhất, hoàn toàn là một công ti phần mềm, họ chế tạo ô tô có phần mềm điều khiển trên xe và công nghệ lái tự động. Nói một cách ví von, ô tô và điện thoại di động đang dần trở thành cùng khái niệm, sẽ đến lúc tôi không thể phân biệt được Toyota và Nokia.

Trong hai năm qua, với sự phát triển liên tục và nhanh chóng của các công nghệ như vật liệu pin, ô tô điện đã khắc phục được rất tốt về hành trình, nhiều mẫu xe có phạm vi hành trình 500 km, một số mô hình có pin lên tới 1000 km, thậm chí tương lai đạt tới 2000 km.

Nhưng thời gian sạc pin mới là vấn đề, hiệu suất sạc tổng thể quá chậm, các mẫu xe thông thường để sạc nhanh cũng phải mất thời gian từ 30 – 60 phút. Tính theo các phương pháp sạc chính thức được các hãng ô tô khác nhau khuyến nghị, thời gian sạc chậm của một chiếc xe điện thuần túy với phạm vi hoạt động 400 km thường là khoảng 6 giờ và thời gian sạc của một số mẫu xe có tuổi thọ pin cao là 7-8 giờ.

Việc xây dựng cơ sở hạ tầng các trạm sạc, giải quyết thời gian sạc, đó là một sự thách đố. Khi nào thời gian sạc điện chưa rút ngắn xuống dưới 20 phút thì xe ô tô điện còn đối mặt với muôn vàn khó khăn. Những thông tin như sạc không dây chưa phải là giải pháp. Nguyên tắc cơ bản của sạc không dây là cảm ứng điện từ, đặc biệt là khớp nối cảm ứng cộng hưởng, nghĩa là khi tần số của hai bộ cuộn dây giống nhau, thì hiện tượng ghép nối sẽ xảy ra, có thể đạt được hiệu quả truyền tải điện cao. Điện thoại di động sạc không dây cũng dựa trên nguyên tắc này, công nghệ đã phát triển từ hơn chục năm trước, nhưng rất ít người sử dụng. Có ba lí do để sạc không dây chưa thể phổ biến: thứ nhất, giá của bộ sạc không dây quá đắt; thứ hai, sạc không dây không nhanh bằng sạc có dây; thứ ba, các tình huống ứng dụng của sạc không dây bị hạn chế và không thể di chuyển theo ý muốn.

Pin nhiên liệu (tiếng Anh: Fuel cell) là thiết bị phát điện chuyển hóa năng lượng trong nhiên liệu thành năng lượng điện thông qua các phản ứng oxi hóa khử. Nhiên liệu hiện đang dùng là Hydro. Ở cực dương của pin, Hydro được chuyển đổi thành proton dưới tác dụng của chất xúc tác, các electron được giải phóng, proton H+ chuyển dịch về cực âm sau đó cùng với Oxy chuyển về mạch ngoài tác dụng với nhau để thạo thành H2O. Cả quá trình này, dòng điện phát sinh, giúp cho ô tô chuyển động.

Ưu điểm của pin nhiên liệu là không ô nhiễm, do sản phẩm sinh ra chỉ là nước, các thí nghiệm cho thấy nước có độ tinh khiết tiêu chuẩn của nước uống. Hydro trong tự nhiên là vô tận. Thời gian tiếp nhiên liệu Hydro chỉ 5 phút, bằng thời gian chờ đổ xăng, hiệu suất pin rất cao có thể tới 83%.

Tất nhiên, pin nhiên liệu cũng có những nhược điểm, chẳng hạn như khó lưu trữ và vận chuyển Hydro, giá thành hệ thống pin nhiên liệu cao, dễ xuống cấp và sự nguy hiểm của hydro. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ và mở rộng quy mô ứng dụng, những thiếu sót này sẽ không thành vấn đề.