Xe ôtô điện: Xu thế tất yếu

So với động cơ xăng, nhược điểm của động cơ điện là cần sạc thường xuyên, giá thành pin đắt, tuổi thọ ngắn, công suất yếu…các nhà sản xuất ô tô đã làm được những gì để giải quyết vấn đề này?

Sự hồi sinh tất yếu

Năm 1899, Edison chế tạo pin trữ điện cho ô tô, ông luôn tin rằng xe có thể chạy bằng điện. Edison không lầm! Sau khi Robert Anderson (người Scotland) sáng chế chiếc ô tô điện chuyên chở đầu tiên, công nghệ xe chạy điện đã qua mặt động cơ hơi nước để trở thành phương tiện vận chuyển hiện đại bậc nhất thế kỷ 19.

Đầu thế kỷ 20, ô tô điện thoái trào và gần như biến mất bởi sự vượt trội về giá cả, sự tiện lợi của ô tô động cơ đốt trong chạy bằng xăng, dầu. Công nghệ xe điện chỉ ngấp nghé trở lại vào thập niên 70 khi thế giới bắt đầu đặt ra vấn đề về năng lượng và môi trường. Nhưng dẫu xe chạy rất êm lại không ô nhiễm, khách hàng vẫn thờ ơ với ô tô điện ắc quy bán trên thị trường vào lúc đó. Ngại lưới điện yếu, lo xe hết điện, sợ không đi nổi đường dài… là tâm lý chung.

Thế kỷ 21 với thách thức ngày càng lớn về dầu mỏ, khí thải và tiến bộ trong công nghệ pin ắc quy giúp ô tô điện một lần nữa trở thành giải pháp vận chuyển tối ưu. Các chuyên gia dự đoán, việc đổi từ ô tô dùng xăng sang dùng điện là sự chuyển tiếp tất yếu dù không dễ dàng, điều này có thể thấy rõ thông qua sự đầu tư vào công nghệ xe điện trong thời gian gần đây của những nhà sản xuất xe hơi hàng đầu thế giới như: BMW, Mercedes, GM…. 

Sự đa dạng của xe điện

Cho đến tận ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật thì một trong những vấn đề lớn nhất đặt ra dành cho xe điện vẫn chính là sự tiện dụng. Nói theo một cách khác thì khả năng lưu điện của ắc quy, làm thế nào để chiếc xe có thể đi được hàng ngàn km cho mỗi lần sạc, có thể sạc điện mọi lúc mọi nơi, rút ngắn thời gian sạc… Vẫn là những câu hỏi lớn dành cho những nhà sản xuất xe điện. Vì vậy, trước khi giải quyết vấn đề này một cách hoàn hảo thì vẫn cần một quá trình chuyển tiếp của ô tô dùng 100% xăng sang 100% điện sẽ phải trải qua nhiều công nghệ bước đệm và tạo ra sự đa dạng của của chủng loại xe như hiện nay. Xin điểm qua một vài dạng xe điện hiện đang được sử dụng:

• Full Hybrid (HEV): Đây là loại xe sử dụng động cơ xăng là chính, động cơ điện cung cấp lực kéo phụ trợ khi cần. Nguồn điện tự cấp nhờ chuyển đổi từ năng lượng cơ khí thu hồi khi xe giảm tốc độ. Điển hình nhất của mô hình này là mẫu xe Toyota Prius phiên bản đầu tiên.

• Plug-in Hybrid (PHEV): còn gọi là ô tô lai sạc điện. Có cùng nguyên tắc vận hành như HEV, nhưng PHEV có phích cắm để sạc điện từ nguồn cung cấp bên ngoài. Thuật ngữ “plug-in” cho biết, xe có bộ nạp tích hợp sẵn, chỉ cần cắm điện vào lưới điện dân dụng mà không cần bộ nạp. Tiết kiệm khoảng 31-67% xăng tùy số lần sạc điện.

Toyota Prius – mẫu xe hybird nổi tiếng nhất, bán chạy nhất thế giới

• Plug-in Hybrid Range Extender (PHREV): khác hai loại xe lai trên, PHREV vận hành nhờ động cơ điện, động cơ xăng chỉ dùng để phát điện. Dòng ô tô điện BMW i3 Range Extender sử dụng công nghệ PHREV tiết kiệm được 85% lượng xăng tiêu thụ. Sau nhiều cải tiến, đích đến cuối cùng của công nghệ ô tô điện là sử dụng 100% động cơ điện. Đây mới đúng là Zero Emission Vehicle (ZEV), “xe không khí thải”.

• ZEV (Zero Emission Vehicle): thành quả nghiên cứu của liên minh gồm hai hãng xe Pháp-Nhật, Renault và Nissan. Từ khi tung ra thị trường cuối năm 2010, chỉ riêng mẫu xe Leaf đã đạt doanh số hơn 100.000 chiếc trên thế giới ở cả phân khúc cao cấp lẫn bình dân. Thông tin công bố cho thấy chiếc ZEV có thể đi được trên 841 triệu km, tiết kiệm 53 triệu lít dầu, giảm hơn 124 triệu lít khí thải CO2.

Tương lai nào dành cho xe điện?

Cùng với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là sự đầu tư của các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới như BMW, Mercedes, Volvo, Tesla…và những nghiên cứu về hệ thống điện thông minh, công nghệ sạc không dây, acquy có khả năng lưu trự dung lượng lớn và sự tối ưu hóa trong vận hành…Rõ ràng tương lai của xe điện là rất tươi sáng. Tuy nhiên trong rất nhiều những nhà sản xuất vẫn còn đang trong trạng thái “ nghiên cứu, thử nghiệm” thì một trong những người tiên phong trong dòng xe điện này phải kể đến BMW với 2 sản phẩm xe điện nổi bật là BMW I8 và BMW I3. Trong khi BMW I8 có khả năng tăng tốc từ 0-100km/h trong vỏn vẹn 4,5 giây thì BMW I3 là sản phẩm đầu tiên trong ngành công nghiệp ôtô được sản xuất hàng loạt với bộ khung liền khối bằng chất dẻo-sợi carbon CFRP. Xe không cần cột B và có kiểu cửa mở ngược độc đáo.

Mặt cắt của một chiếc BMW i3

Ô tô điện phát triển đồng nghĩa tăng nhu cầu dùng điện. Cân bằng cung-cầu năng lượng sẽ là yếu tố then chốt để loại hình giao thông này phát triển bền vững. Khi thị trường xe điện rục rịch tăng tốc cũng là lúc các quốc gia ồ ạt trang bị lưới điện thông minh. 500.000 trạm sạc điện tại các bãi đỗ xe, tòa nhà và khu vực hành chính dự kiến hoàn tất ở châu Âu năm 2015. New York sẽ có 10.000 điểm sạc, Nhật có 12.000, trong đó 8.000 điểm là trạm sạc nhanh. Một lưới điện thông minh không thể thiếu nếu muốn quản lý tối ưu việc phân phối năng lượng đại trà.

Dẫu đầu tư tốn kém, thậm chí có thể lỗ trong giai đoạn đầu nhưng các quốc gia phát triển như Mỹ, Nhật, châu Âu đều đặt kế hoạch phát triển ô tô điện và lưới điện thông minh là giải pháp chiến lược.

Để cạnh tranh với động cơ đốt trong đang chiếm lĩnh thị trường, ngoài cải tiến trong thiết kế, ô tô điện thế kỷ 21 cần đáp ứng thêm nhiều tiêu chí khác, trong đó nguồn năng lượng là vấn đề lớn nhất. So với động cơ xăng, nhược điểm của động cơ điện là cần sạc thường xuyên, giá thành pin đắt, tuổi thọ ngắn, công suất yếu… Làm cách nào để sạc điện ô tô cũng đơn giản như đi đổ xăng thì ô tô điện mới đủ sức hấp dẫn người tiêu dùng!

Để xe điện phổ biến, các nhà sản xuất phải giải quyết bài toán nguồn năng lượng cho xe điện. Nổi bật nhất hiện nay là pin nhiên liệu và ắc quy.

Nhờ thành quả trong công nghệ nano, pin nhiên liệu được cải tiến đáng kể cả về chất lượng và giá thành. Một pin nhiên liệu 80 kw hiện nay có giá khoảng 17.000 USD hoặc giảm thấp nữa nếu sản xuất với số lượng trên 500.000 đơn vị. Loại pin PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), còn gọi là “tế bào nhiên liệu màng điện phân polymer” hoặc “pin nhiên liệu trao đổi proton qua màng lọc” được đánh giá thích hợp nhất cho ô tô điện.

Trong khi đó, ắc quy phải tập trung giải quyết ba yếu điểm chính gồm khả năng tích lũy năng lượng thấp, thời gian sạc lâu và giá thành cao. Các nghiên cứu về ắc quy hướng đến tăng mật độ bình từ 150 wh/kg lên trên 500 wh/kg, rút ngắn thời gian sạc từ 7 giờ xuống còn… 3 phút, và giảm giá thành khoảng 10 lần so với hiện tại. Ưu điểm của ô tô điện dùng ắc quy là dễ sạc điện và tạo mạng lưới phân phối điện khắp nơi, đặc biệt khi lưới điện thông minh ngày càng phổ biến trên thế giới

(Tổng hợp)