Xe Chạy Bằng Hydro: Tương Lai Xanh Và 6 Thách Thức phải đối mặt

Trong bối cảnh thế giới ngày càng chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi biến đổi khí hậu, nhu cầu chuyển đổi sang các phương tiện giao thông thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Xe chạy bằng hydro (FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle) đang nổi lên như một giải pháp công nghệ sạch có khả năng thay thế hoàn toàn xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống. Thay vì phát thải khí CO₂, FCEV chỉ thải ra hơi nước tinh khiết, góp phần trực tiếp vào mục tiêu giảm phát thải ròng bằng 0 (Net Zero Emissions) – một trong những cam kết cốt lõi của Thỏa thuận Khí hậu Paris.

Không chỉ dừng lại ở lợi ích môi trường, loại phương tiện này còn mang trong mình tiềm năng đột phá trong hệ sinh thái giao thông bền vững, đặc biệt trong lĩnh vực vận tải hàng hóa nặng, đường dài và logistics – những phân khúc mà xe điện pin sạc (BEV) hiện còn gặp hạn chế. Việc sử dụng nhiên liệu hydro tái tạo – sản phẩm được tạo ra từ điện năng mặt trời hoặc gió thông qua quá trình điện phân – cũng giúp xe hydro tiếp cận gần hơn với mô hình năng lượng tái tạo khép kín.

Với thời gian nạp nhiên liệu nhanh (3–5 phút), phạm vi hoạt động dài (hơn 500 km), cùng tiềm năng ứng dụng trong các thành phố thông minh, xe FCEV đang trở thành lựa chọn chiến lược cho các quốc gia tiên phong như Nhật Bản, Đức và Hàn Quốc. Điều này mở ra triển vọng lớn cho các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp phụ trợ, từ sản xuất pin nhiên liệu, lưu trữ hydrogen, đến xây dựng trạm nạp hydrogen – một chuỗi giá trị mới cho ngành năng lượng xanh trong giao thông.

Cơ Chế Hoạt Động Của Xe Chạy Bằng Hydro – Khi Hóa Học Gặp Gỡ Công Nghệ Giao Thông Tương Lai

Không giống với cơ chế đốt cháy trực tiếp nhiên liệu hóa thạch như xăng hay dầu diesel, xe chạy bằng hydro vận hành dựa trên công nghệ pin nhiên liệu hydro (Fuel Cell) – nơi diễn ra phản ứng điện hóa giữa hydrogen (H₂) và oxy (O₂) để sinh ra điện năng. Quá trình này hoàn toàn không tạo ra CO₂, NOx hay bụi mịn (PM), mà chỉ thải ra hơi nước tinh khiết, giúp phương tiện trở thành một mắt xích quan trọng trong chiến lược giao thông không khí thải.

Cốt lõi của công nghệ này nằm ở khả năng tạo ra điện trực tiếp trên xe, thông qua việc hydro được lưu trữ trong bình áp suất cao và đưa vào tổ pin nhiên liệu, nơi phản ứng xảy ra liên tục để cung cấp năng lượng cho mô-tơ điện xoay chiều. Đây là điểm khác biệt rõ nét so với xe điện chạy pin (BEV), vốn phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn điện bên ngoài và yêu cầu thời gian sạc kéo dài.

Chính vì thế, xe FCEV sở hữu lợi thế vượt trội về tốc độ nạp nhiên liệu nhanh (chỉ 3–5 phút) và phạm vi di chuyển dài hơn, thường trên 500–700 km tùy theo mẫu xe và điều kiện vận hành. Điều này biến FCEV thành lựa chọn lý tưởng cho những người cần di chuyển đường dài, các đội xe thương mại, hoặc hệ thống vận tải nơi tối ưu thời gian vận hành là yếu tố then chốt.

>>> Pin thể rắn: Tương lai của ngành năng lượng và xe điện toàn cầu

Ưu điểm nổi bật của xe chạy bằng hydro

Không phát thải khí nhà kính: Trong quá trình vận hành, FCEV chỉ thải ra hơi nước, giúp giảm ô nhiễm môi trường và góp phần chống biến đổi khí hậu.

Thời gian nạp nhiên liệu nhanh: Chỉ mất từ 3–5 phút để bơm đầy hydro, nhanh tương đương với xe chạy xăng và vượt trội hơn so với thời gian sạc pin điện từ 30 phút đến vài giờ.

Phạm vi hoạt động dài: Một số mẫu như Toyota Mirai có thể chạy hơn 800 km chỉ với một lần nạp đầy bình, gấp đôi nhiều mẫu BEV hiện có.

Khả năng thích nghi với phương tiện hạng nặng: Các phương tiện như xe tải, xe buýt, tàu hỏa, thậm chí cả tàu biển và máy bay đều có thể được thiết kế dùng pin nhiên liệu, mở rộng ứng dụng trong giao thông đường dài và vận tải công nghiệp.

Tách biệt khỏi hệ thống điện lưới: FCEV không phụ thuộc vào hạ tầng điện, đặc biệt quan trọng ở các vùng hẻo lánh, thiếu trạm sạc.

6 Thách Thức Lớn Cản Trở Sự Phổ Cập Của Xe Chạy Bằng Hydro

Dù được đánh giá là một trong những giải pháp đột phá trong lĩnh vực giao thông xanh, xe chạy bằng hydro (FCEV) vẫn đang đối mặt với nhiều rào cản khiến quá trình thương mại hóa và phổ cập còn khá hạn chế. Dưới đây là những thách thức quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của xe hydro:

1. Tác Động Môi Trường Từ Quá Trình Sản Xuất Hydro

Phần lớn hydro hiện nay trên thị trường được sản xuất theo phương pháp reforming khí metan (SMR – Steam Methane Reforming) – một quy trình phát thải khí CO₂ lớn, đi ngược lại mục tiêu không phát thải carbon mà công nghệ xe hydro hướng tới. Dù hydro xanh – được tạo ra từ quá trình điện phân nước sử dụng năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời – được xem là hướng đi bền vững, nhưng chi phí sản xuất còn quá cao khiến loại nhiên liệu này chưa thể cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch hay thậm chí pin lithium-ion trong ngắn hạn.

2. Hiệu Suất Chuyển Đổi Năng Lượng Chưa Tối Ưu

Xe FCEV hiện đạt hiệu suất tổng thể khoảng 60–70%, thấp hơn mức 80–90% mà xe điện BEV có thể đạt được. Ngoài ra, mật độ năng lượng của hydro tính theo thể tích cũng thấp hơn so với xăng/dầu, khiến xe phải tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn để đi được cùng quãng đường. Điều này khiến hiệu suất sử dụng năng lượng trở thành điểm yếu đáng kể của xe hydro khi so với các công nghệ hiện hữu.

3. Yêu Cầu Bình Chứa Áp Suất Cao – Gánh Nặng Về Thiết Kế

Để đảm bảo phạm vi di chuyển dài, hydrogen phải được nén ở áp suất cực cao từ 350 đến 700 bar, đòi hỏi bình chứa khí dày, nặng và tốn nhiều không gian. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế khoang hành lý, tỷ lệ không gian cabin, và làm tăng khối lượng xe, đồng thời khiến việc bảo trì, kiểm định và vận hành trở nên phức tạp hơn.

4. Hạ Tầng Nạp Hydro Còn Thiếu Hụt và Phân Mảnh

Hệ sinh thái hỗ trợ cho FCEV, đặc biệt là trạm nạp hydro, vẫn đang ở giai đoạn sơ khai. Việc xây dựng các trạm này không chỉ đòi hỏi chi phí đầu tư cao, mà còn yêu cầu tuân thủ quy chuẩn an toàn phòng cháy nổ nghiêm ngặt, và diện tích mặt bằng lớn. Tính đến nay, số lượng trạm nạp hydro mới chỉ tập trung rải rác tại một vài khu vực như California (Hoa Kỳ), các tỉnh công nghiệp tại Trung Quốc hay Nhật Bản, khiến người dùng phổ thông gặp khó khăn trong việc tiếp cận và sử dụng xe FCEV hàng ngày.

5. Giá Thành Xe Và Chi Phí Sở Hữu Vẫn Ở Mức Cao

Các mẫu FCEV hiện nay như Toyota Mirai, Hyundai Nexo có giá dao động từ 50.000–70.000 USD, cao hơn đáng kể so với nhiều mẫu BEV cùng phân khúc. Trong khi đó, chi phí sản xuất pin lithium tiếp tục giảm nhờ vào quy mô sản xuất lớn và chuỗi cung ứng ổn định, khiến FCEV mất dần lợi thế cạnh tranh về kinh tế trong mắt người tiêu dùng phổ thông.

6. Rào Cản Tâm Lý Và Niềm Tin Từ Người Dùng

Mặc dù công nghệ FCEV đã đạt mức an toàn cao nhờ vào các hệ thống cảm biến và van an toàn kiểm soát áp suất, nhưng tâm lý e ngại về rủi ro cháy nổ vẫn hiện hữu trong cộng đồng. Các vụ việc như sự cố nổ nhà máy hydro ở Bắc Carolina (Mỹ) năm 2020 đã ảnh hưởng đáng kể đến hình ảnh của công nghệ này, khiến sự chấp nhận xã hội đối với xe chạy bằng hydro vẫn còn khá thấp.

Những Quốc Gia Và Hãng Xe Dẫn Đầu Cuộc Đua FCEV

• Hàn Quốc: Dẫn đầu toàn cầu với hơn 34.000 xe FCEV, chủ yếu là xe du lịch Hyundai Nexo.
• Trung Quốc: Tập trung vào các dòng xe thương mại như xe buýt chạy hydro, xe tải hạng nặng, với khoảng 22.000 phương tiện đang hoạt động.
• Nhật Bản: Là cái nôi của FCEV thương mại với dòng Toyota Mirai thế hệ 2, đồng thời có kế hoạch mở rộng trạm nạp hydrogen quốc gia.
• Hoa Kỳ: Dù hạ tầng còn hạn chế nhưng vẫn xếp thứ 3 toàn cầu về số lượng FCEV, chủ yếu tập trung ở các bang như California, Hawaii, và Washington.

Tương lai nào cho xe chạy bằng hydro?

Với ưu điểm vượt trội về tốc độ tiếp nhiên liệu và tầm hoạt động, FCEV đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng như vận tải đường dài, hậu cần, giao thông công cộng, và lĩnh vực quân sự. Dù gặp rào cản về chi phí và hạ tầng, các chính phủ và tập đoàn lớn đang đầu tư mạnh vào việc mở rộng mạng lưới trạm nạp và sản xuất hydro xanh.

Tại Trung Quốc, chính phủ đã hỗ trợ hàng tỷ nhân dân tệ để phát triển các “cụm hydro”, còn châu Âu có chiến lược “Hydrogen Backbone” kết nối xuyên lục địa bằng 40.000 km đường ống vào năm 2040. Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc và Mỹ cũng có các chương trình phát triển riêng để thương mại hóa FCEV.

Kết luận: Xe chạy bằng hydro là lời hứa xanh cho tương lai

Xe chạy bằng hydro không phải là một viễn cảnh xa vời – chúng đang hiện diện, phát triển và có tiềm năng định hình tương lai của ngành giao thông vận tải toàn cầu. Tuy còn nhiều trở ngại, nhưng với sự vào cuộc đồng bộ từ chính phủ, doanh nghiệp và cộng đồng, FCEV có thể trở thành trụ cột chính trong hành trình khử carbon ngành giao thông.

Lâm Phát JSC – đơn vị tiên phong trong nghiên cứu và cung cấp nội dung chuyên sâu về xu hướng công nghệ xe xanh tại Việt Nam – cam kết tiếp tục đồng hành cùng bạn đọc trên con đường khám phá và ứng dụng những giải pháp bền vững cho tương lai giao thông.

FAQ – 5 Câu hỏi thường gặp về xe chạy bằng hydro