Bởi Nick Buccheri, Chủ tịch, Châu Mỹ, Tự động hóa rời rạc tại Emerson
Việc theo đuổi quá trình khử cacbon đang thúc đẩy những thay đổi sâu sắc trong giao thông vận tải, đưa ngành này đến bờ vực của một sự chuyển đổi lớn lao.
Bộ điều chỉnh giảm áp suất hai giai đoạn TESCOM HV-3500 được thiết kế đặc biệt để sử dụng trên các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu hydro công nghiệp và thương mại. HV-3500 cho phép các nhà sản xuất tối đa hóa hiệu quả sử dụng nhiên liệu và duy trì đội xe chạy trên đường trong khoảng cách xa hơn. (Hình ảnh lịch sự của Emerson)
Giải quyết và ngăn chặn những tác động cực đoan nhất của biến đổi khí hậu hiện là chiến lược trọng tâm của các chính phủ và các ngành công nghiệp trên toàn thế giới. Việc đưa ra luật bao gồm các mục tiêu phát thải carbon ròng bằng 0 đầy tham vọng đã thúc đẩy mọi lĩnh vực, bao gồm cả giao thông vận tải, tìm kiếm các phương pháp khử cacbon sáng tạo.
Ngành giao thông vận tải hiện đóng góp tới 29% tổng lượng phát thải khí nhà kính của Hoa Kỳ, mang đến cơ hội đáng kể để hạn chế lượng khí thải carbon thông qua công nghệ phát thải thấp, tiết kiệm năng lượng.
Chỉ hạn chế hoặc thu giữ lượng khí thải carbon từ các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch sẽ không đủ về lâu dài. Mục tiêu cuối cùng để đạt được tiến bộ đáng kể trong ngành và đạt được mục tiêu không phát thải carbon là rất rõ ràng: tất cả các phương tiện giao thông phải tạo ra và truyền tải năng lượng mà không phát thải carbon.
Các công ty trong lĩnh vực giao thông vận tải đang đầu tư vào nhiều giải pháp năng lượng không có carbon khác nhau, thừa nhận rằng không có cách tiếp cận chung nào phù hợp cho tất cả để đạt được lượng khí thải ròng bằng không. Trong khi các phương tiện chạy bằng pin có tốc độ tăng trưởng nhanh chóng thì chỉ riêng chúng không thể đáp ứng được thách thức; xe chạy bằng hydro lấp đầy khoảng trống về hiệu suất.
Tiến bộ trong xe không phát thải Carbon
Các quy định của chính phủ, cùng với công nghệ không phát thải carbon đã được thiết lập, đang thúc đẩy sự chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng không có carbon qua các giai đoạn. Áp dụng nhiều con đường công nghệ, từ nâng cao hiệu suất của động cơ đốt trong đến thúc đẩy việc áp dụng xe chạy bằng pin thông qua các biện pháp khuyến khích, hỗ trợ đầu tư vào tiềm năng của xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV).
Các giải pháp như Bộ điều chỉnh áp suất thông gió dòng TESCOM 26-2000 được thiết kế để cung cấp khả năng kiểm soát quy trình an toàn, đáng tin cậy và chính xác trong ngành công nghiệp hydro. (Hình ảnh lịch sự của Emerson)
Xe chạy bằng pin-điện đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng trong 15-20 năm qua. Mặc dù đã nâng cao hiệu quả lưu trữ pin và tiêu thụ năng lượng nhưng chúng vẫn phù hợp nhất cho khoảng cách ngắn. Hạn chế về quãng đường giữa các lần sạc lại khiến chúng không phù hợp với việc di chuyển đường dài điển hình trong vận tải đường bộ thương mại. Xe tải đường dài chạy bằng pin có thể phải đối mặt với những thách thức khi chở cùng một tải hoặc yêu cầu dừng sạc thường xuyên hơn do trọng lượng của pin nặng.
Tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có
Cơ sở hạ tầng công nghiệp và công nghệ hiện tại có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi sang quá trình khử cacbon. Việc điều chỉnh công nghệ động cơ đốt trong hiện có để đốt cháy hydro mang đến một giải pháp thay thế cho các ứng dụng cụ thể, như máy móc hạng nặng cần nổ công suất cao.
Bất chấp những hạn chế như khí thải, quá trình đốt cháy hydro có thể là giải pháp thay thế khả thi cho công nghệ pin nhiên liệu hydro trong các ứng dụng cụ thể. Mặc dù quá trình đốt cháy hydro không tạo ra khí thải carbon dioxide (CO2), nhưng nó tạo ra lượng khí thải oxit nitơ (NOx) khi hydro đốt cháy bằng khí nitơ (N2). Tuy nhiên, hiệu suất của pin nhiên liệu hydro thường vượt quá 50%, trong khi quá trình đốt cháy hydro mang lại hiệu suất 25-30%.
Các yếu tố quan trọng trong quá trình khử cacbon
Trọng lượng đóng vai trò then chốt khi so sánh pin nhiên liệu hydro với pin lưu trữ, đặc biệt đối với vận chuyển hàng hóa đường dài. Để lưu trữ năng lượng tương đương, pin nhiên liệu hydro nhẹ hơn pin, cho phép xe tải trang bị pin nhiên liệu hydro có thể vận chuyển trọng tải tương tự như xe tải diesel. Bình hydro tiếp nhiên liệu nhanh hơn nhiều so với việc sạc lại ắc quy xe tải, tối đa hóa thời gian lái xe trên các tuyến đường dài.
Nhiều lựa chọn
Được hỗ trợ bởi các sáng kiến của chính phủ và các dự án toàn cầu, ngành công nghiệp hydro được thiết lập để mở rộng nhanh chóng.
Xe thương mại
Công nghệ hydro trong xe tải chở hàng đường dài mang đến cơ hội đáng kể để khử cacbon cho một phân khúc vận tải quan trọng. Xe tải chạy bằng hydro có thời gian tiếp nhiên liệu ngắn hơn và khoảng cách di chuyển giữa các điểm dừng dài hơn so với xe tải chạy bằng pin. Ví dụ, một đội xe tải chạy bằng hydro có trụ sở tại Thụy Sĩ đã đi được hơn 3 triệu dặm kể từ năm 2020. Các công ty hàng tiêu dùng lớn cũng đang thử nghiệm xe bán tải chạy bằng hydro để thay thế đội xe chạy bằng diesel của họ.
Giao thông công cộng
Nhiều ứng dụng pin nhiên liệu hydro đang được khám phá trong giao thông công cộng, điển hình là việc Thành phố New York nhận được tài trợ cho hai xe buýt chạy pin nhiên liệu đầu tiên và các trạm tiếp nhiên liệu hỗ trợ. Những chiếc xe buýt này dự kiến sẽ vận chuyển hành khách vào cuối năm 2024.
Tàu hỏa
Việc tích hợp máy phát điện chạy pin nhiên liệu hydro trong tàu khách có thể thay thế đầu máy diesel-điện. Những chuyến tàu này sẽ chở đủ hydro cho hành trình đường dài, tạo điều kiện cho cơ sở hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro được giãn cách và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi sang công nghệ pin nhiên liệu hydro.
“Hydrarail”, sử dụng nhiên liệu hydro trên tàu, đã được giới thiệu. Tại Đức, một đoàn tàu chở khách chạy bằng pin nhiên liệu hydro đã đi được 1.175 km mà không cần tiếp nhiên liệu cho bình hydro vào năm 2018.
Vạch ra một lộ trình xanh hơn
Chỉ dựa vào một công nghệ có nguy cơ làm chậm quá trình chuyển đổi sang tương lai không phát thải trong giao thông vận tải. Cả hai công nghệ xe điện-điện và pin nhiên liệu hydro xanh đều hứa hẹn sẽ giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính của ngành. Thay vì kịch bản “hoặc/hoặc”, tương lai nằm ở việc áp dụng cả hai công nghệ, nhờ những lợi thế riêng biệt của chúng, phù hợp với nhiều phân khúc vận tải khác nhau.
Mặc dù không được phát triển rộng rãi như công nghệ pin-điện, hydro xanh chứng tỏ tiềm năng trong việc giải quyết các nhu cầu vận tải quan trọng. Với các khoản đầu tư chiến lược trên toàn bộ chuỗi giá trị, ngành công nghiệp hydro có thể nâng cấp công nghệ và cơ sở hạ tầng của mình một cách hiệu quả, đưa chúng ta đến gần hơn với tương lai không có carbon mà chúng ta phấn đấu.