Nguồn:afdc.energy.gov
Hydro (H2) là nhiên liệu thay thế có thể được sản xuất từ các nguồn tài nguyên đa dạng trong nước. Mặc dù thị trường hydro làm nhiên liệu vận tải mới chỉ ở giai đoạn sơ khai, nhưng chính phủ và ngành công nghiệp đang nỗ lực hướng tới sản xuất và phân phối hydro sạch, tiết kiệm và an toàn để sử dụng rộng rãi trong các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV). FCEV hạng nhẹ hiện được cung cấp với số lượng hạn chế cho thị trường tiêu dùng ở các khu vực địa phương trong nước và trên toàn thế giới. Thị trường cũng đang phát triển đối với xe buýt, thiết bị xử lý vật liệu (chẳng hạn như xe nâng), thiết bị hỗ trợ mặt đất, xe tải hạng trung và hạng nặng, tàu biển và các ứng dụng cố định. Để biết thêm thông tin, hãy xem đặc tính nhiên liệu và Trung tâm tài nguyên phân tích hydro.
Hydro có nhiều trong môi trường của chúng ta. Nó được lưu trữ trong nước (H2O), hydrocacbon (chẳng hạn như metan, CH4) và các chất hữu cơ khác. Một thách thức của việc sử dụng hydro làm nhiên liệu là chiết xuất nó một cách hiệu quả từ các hợp chất này.
Hiện tại, cải cách hơi nước—kết hợp hơi nước ở nhiệt độ cao với khí tự nhiên để chiết xuất hydro—chiếm phần lớn lượng hydro được sản xuất tại Hoa Kỳ. Hydro cũng có thể được sản xuất từ nước thông qua quá trình điện phân. Điều này tốn nhiều năng lượng hơn nhưng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo, chẳng hạn như gió hoặc mặt trời và tránh phát thải khí độc hại liên quan đến các loại sản xuất năng lượng khác.
Hầu như tất cả hydro được sản xuất tại Hoa Kỳ mỗi năm đều được sử dụng để tinh chế dầu mỏ, xử lý kim loại, sản xuất phân bón và chế biến thực phẩm.
Mặc dù việc sản xuất hydro có thể tạo ra khí thải ảnh hưởng đến chất lượng không khí, tùy thuộc vào nguồn, FCEV chạy bằng hydro chỉ thải ra hơi nước và không khí ấm dưới dạng khí thải và được coi là phương tiện không phát thải. Những nỗ lực nghiên cứu và phát triển chủ yếu là nhằm làm cho những phương tiện này và cơ sở hạ tầng của chúng trở nên thiết thực để sử dụng rộng rãi. Điều này đã dẫn đến việc triển khai các phương tiện sản xuất hạng nhẹ cho người tiêu dùng bán lẻ, cũng như triển khai ban đầu xe buýt và xe tải hạng trung và hạng nặng ở California và đội xe sẵn có ở các bang phía đông bắc.
Tìm hiểu thêm về hydro và pin nhiên liệu từ Văn phòng công nghệ pin nhiên liệu và hydro.
Hydrogen làm nhiên liệu thay thế
Hydro được coi là nhiên liệu thay thế theo Đạo luật Chính sách Năng lượng năm 1992. Mối quan tâm đến hydro như một nhiên liệu vận chuyển thay thế bắt nguồn từ khả năng cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu trong các phương tiện không phát thải, tiềm năng sản xuất trong nước và thời gian nạp đầy nhanh của pin nhiên liệu và hiệu quả cao. Trên thực tế, pin nhiên liệu kết hợp với động cơ điện hiệu quả gấp hai đến ba lần so với động cơ đốt trong chạy bằng xăng. Hydrogen cũng có thể dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Tuy nhiên, không giống như FCEV, những loại này tạo ra khí thải từ ống xả và kém hiệu quả hơn. Tìm hiểu thêm về pin nhiên liệu.
Năng lượng trong 2,2 pound (1 kg) khí hydro tương đương với năng lượng trong 1 gallon (6,2 pound, 2,8 kg) xăng. Bởi vì hydro có mật độ năng lượng thể tích thấp nên nó được lưu trữ trên xe dưới dạng khí nén để đạt được phạm vi lái xe của các phương tiện thông thường. Hầu hết các ứng dụng hiện tại đều sử dụng bình áp suất cao có khả năng lưu trữ hydro ở mức 5,000 hoặc 10,000 pound trên inch vuông (psi). Ví dụ: FCEV do các nhà sản xuất ô tô sản xuất và có sẵn tại các đại lý có 10,000 bình psi. Các máy pha chế bán lẻ, hầu hết được đặt cùng vị trí tại các trạm xăng, có thể đổ đầy các thùng này trong khoảng 5 phút. Xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu hiện sử dụng 5000 bình psi mất 10–15 phút để đổ đầy. Các cách khác để lưu trữ hydro đang được phát triển, bao gồm liên kết hóa học hydro với vật liệu như hydrua kim loại hoặc vật liệu hấp thụ nhiệt độ thấp. Tìm hiểu thêm về lưu trữ hydro.
Dữ liệu từ các trạm tiếp nhiên liệu hydro bán lẻ, do Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia thu thập và phân tích, cho thấy thời gian trung bình để tiếp nhiên liệu cho một FCEV là dưới 4 phút.
California đang dẫn đầu cả nước trong việc xây dựng các trạm tiếp nhiên liệu hydro cho FCEV. Tính đến giữa-2021, 47 trạm hydro bán lẻ đã mở cửa cho công chúng ở California, cũng như một trạm ở Hawaii và 55 trạm khác đang trong các giai đoạn xây dựng hoặc lập kế hoạch khác nhau ở California. Các trạm này đang phục vụ hơn 8,000 FCEV. California tiếp tục tài trợ cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng hydro thông qua Chương trình Giao thông sạch. Ủy ban Năng lượng California được ủy quyền phân bổ tới 20 triệu đô la mỗi năm cho đến năm 2023 và đang đầu tư vào 100 trạm công cộng ban đầu để hỗ trợ và khuyến khích các phương tiện không khí thải này. Ngoài ra, 14 trạm bán lẻ đã được lên kế hoạch cho các bang phía đông bắc, với một số trong số đó đã phục vụ khách hàng của đội xe.
Các nhà sản xuất phương tiện chỉ cung cấp FCEV cho người tiêu dùng sống ở những khu vực có trạm hydro. Các trạm không bán lẻ ở California và trên toàn quốc cũng tiếp tục phục vụ các đội xe FCEV, bao gồm cả xe buýt. Nhiều trung tâm phân phối đang sử dụng hydro để cung cấp nhiên liệu cho các phương tiện xử lý vật liệu trong hoạt động bình thường của họ. Ngoài ra, một số thông báo đã được đưa ra liên quan đến việc sản xuất các phương tiện hạng nặng, chẳng hạn như xe tải chở hàng, sẽ yêu cầu các trạm tiếp nhiên liệu có công suất cao hơn nhiều so với các trạm hạng nhẹ hiện có. Tìm các trạm tiếp nhiên liệu hydro trên khắp Hoa Kỳ.
