1. FCEV là gì?

FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) là xe điện sử dụng pin nhiên liệu hydro để tạo ra điện năng. Khác với xe điện chạy pin (BEV) lưu trữ điện trực tiếp trong pin lithium-ion, FCEV tạo ra điện ngay trong quá trình vận hành bằng cách kết hợp khí hydro và oxy trong không khí để tạo ra phản ứng điện hóa, sinh ra điện năng và chỉ thải ra hơi nước.

FCEV là xe điện sử dụng pin nhiên liệu để chuyển đổi hydro thành điện năng

2. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo xe FCEV

Khi xe vận hành, hydro từ bình chứa sẽ được đưa vào pin nhiên liệu, tại đây nó kết hợp với oxy trong không khí. Phản ứng này tách các electron ra khỏi phân tử hydro, tạo thành dòng điện để cung cấp cho mô-tơ điện. Sản phẩm phụ duy nhất của quá trình này là nước tinh khiết H2O và nhiệt, hoàn toàn không phát thải khí CO2.

Một chiếc xe FCEV thường gồm các bộ phận chính sau:

• Bình chứa hydro áp suất cao: Lưu trữ nhiên liệu hydro, thường làm bằng vật liệu siêu bền để đảm bảo an toàn.
• Pin nhiên liệu (Fuel Cell Stack): Nơi diễn ra phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy để tạo ra điện.
• Mô-tơ điện: Sử dụng nguồn điện từ pin nhiên liệu để vận hành xe.
• Pin phụ (Battery buffer): Lưu trữ lượng điện dư để hỗ trợ mô-tơ khi tăng tốc hoặc cần công suất cao.
• Bộ điều khiển công suất: Quản lý dòng điện giữa pin nhiên liệu, pin phụ và mô-tơ điện.

FCEV hoạt động bằng cách chuyển đổi khí hydro thành điện năng trong pin nhiên liệu

3. Đặc điểm nổi bật của xe FCEV

Cùng với xu hướng phát triển các phương tiện giao thông xanh, xe FCEV đang dần khẳng định vị thế nhờ hàng loạt lợi thế vượt trội. Không chỉ thân thiện với môi trường, dòng xe này còn mang đến trải nghiệm lái hiện đại, tiện lợi và hiệu quả năng lượng cao. Dưới đây là những ưu điểm nổi bật nhất của xe FCEV.

3.1 Không phát thải khí CO2

Xe FCEV sử dụng hydro làm nhiên liệu và chỉ tạo ra nước tinh khiết sau quá trình phản ứng điện hóa. Nhờ đó, chúng không phát thải khí CO2 hay các chất gây ô nhiễm, góp phần giảm hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm không khí, đặc biệt phù hợp với xu hướng giao thông xanh hiện nay.

3.2 Thời gian nạp nhiên liệu nhanh

Thay vì phải mất vài giờ để sạc pin như xe điện BEV, xe FCEV chỉ mất khoảng 3 - 5 phút để nạp đầy bình hydro. Điều này giúp người dùng tiết kiệm thời gian, đặc biệt hữu ích cho các chuyến đi dài hoặc nhu cầu sử dụng xe liên tục.

3.3 Quãng đường di chuyển dài

Xe FCEV thường có phạm vi di chuyển dài hơn so với xe BEV. Với một lần nạp đầy hydro, nhiều mẫu xe FCEV có thể đi được hơn 500 - 600 km, đáp ứng tốt nhu cầu di chuyển đường dài mà không phải lo lắng về việc sạc lại giữa chừng.

3.4 Vận hành êm ái, tiết kiệm năng lượng

Nhờ sử dụng mô-tơ điện, xe FCEV vận hành rất êm ái, gần như không phát ra tiếng động và không rung giật khi tăng tốc. Đồng thời, quá trình chuyển hóa năng lượng từ hydro sang điện năng có hiệu suất cao, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm chi phí sử dụng về lâu dài.

Xe FCEV không phát thải, nạp nhiên liệu nhanh và di chuyển quãng đường dài

4. Nhược điểm của xe FCEV

Dù sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, xe FCEV vẫn tồn tại không ít hạn chế khiến chúng chưa thể phổ biến rộng rãi. Những điểm yếu này chủ yếu đến từ hạ tầng, chi phí và mức độ hoàn thiện của công nghệ hiện nay.

• Hệ thống trạm nạp hydro còn hạn chế: Số lượng trạm nạp hydro hiện vẫn rất ít, chủ yếu tập trung ở một số quốc gia phát triển. Điều này khiến người dùng gặp khó khăn khi di chuyển đường dài hoặc sinh sống ở khu vực chưa có hạ tầng hỗ trợ.
• Chi phí sản xuất và bảo trì cao: Pin nhiên liệu và bình chứa hydro có giá thành cao, kéo theo chi phí sản xuất, lắp ráp và bảo trì xe FCEV cũng đắt đỏ hơn nhiều so với xe điện chạy pin BEV. Đây là rào cản lớn khiến giá bán FCEV vẫn cao và khó tiếp cận đại chúng.
• Công nghệ vẫn đang trong giai đoạn phát triển: FCEV vẫn là công nghệ mới, chưa phổ biến. Các tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình sản xuất và chuỗi cung ứng linh kiện liên quan vẫn đang hoàn thiện, khiến tốc độ phát triển và mở rộng thị trường còn chậm.

FCEV chi phí cao, hạ tầng trạm nạp hydro hạn chế và công nghệ còn đang phát triển

5. Bảng so sánh FCEV với BEV

Cùng là phương tiện chạy bằng điện, nhưng FCEV và BEV có nhiều điểm khác biệt đáng chú ý về công nghệ, thời gian nạp năng lượng, chi phí và mức độ phổ biến. Bảng dưới đây sẽ giúp bạn so sánh nhanh hai dòng xe này:

FCEV nạp nhiên liệu nhanh và đi xa hơn

6. Xu hướng tương lai: FCEV sẽ bùng nổ hay chỉ là trào lưu nhất thời?

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng và áp lực giảm phát thải, FCEV được nhiều bên nhìn nhận là một trong các giải pháp tiềm năng, đặc biệt cho các ứng dụng tầm xa và vận tải hạng nặng. 

Tuy nhiên, việc FCEV có trở thành công nghệ chủ đạo hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tiến độ phát triển hạ tầng hydrogen, chi phí công nghệ, chính sách nhà nước và mức đầu tư toàn cầu.

6.1 Tình hình phát triển FCEV tại các quốc gia tiên tiến

Các nước dẫn đầu hiện nay gồm Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số bang ở Mỹ, nơi các hãng xe lớn và chính phủ đang hỗ trợ mạnh cho nghiên cứu, sản xuất và triển khai trạm nạp hydro.

Số lượng FCEV trên đường, dù tăng nhưng vẫn ở mức thấp so với BEV, vùng châu Á-Thái Bình Dương đang chiếm tỷ trọng lớn trong việc triển khai xe và trạm nạp.

6.2 Kế hoạch phát triển hạ tầng hydro trên thế giới và tại Việt Nam

Tính đến cuối 2024 - 2025 có hơn 1.000 trạm nạp hydro hoạt động trên thế giới, với tốc độ mở mới chậm nhưng liên tục, một số quốc gia Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc đặt mục tiêu mở rộng mạng lưới hàng trăm trạm trong thập kỷ tới.

Tuy nhiên, IEA và một số báo cáo gần đây cũng cảnh báo về mức điều chỉnh kế hoạch và chậm trễ do chi phí và một số dự án bị hoãn/hủy.

Chính phủ Việt Nam đã phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng hydrogen (Decision No.165/QĐ-TTg), đặt mục tiêu xây dựng hệ sinh thái hydrogen tới 2030 và tầm nhìn 2050, nội dung nhấn mạnh phát triển hydrogen xanh từ năng lượng tái tạo và khảo sát hạ tầng phục vụ cho sản xuất, lưu trữ và ứng dụng trong đó có giao thông. Tuy nhiên thực tiễn triển khai trạm nạp hydrogen tại Việt Nam vẫn mới ở giai đoạn hoạch định và thử nghiệm.

Thế giới đang đẩy mạnh xây dựng mạng lưới trạm hydro

6.3 Cơ hội - thách thức nếu FCEV phổ biến trong 10 năm tới

Cơ hội:

• Giảm phát thải trong các phân khúc khó điện hóa, ví dụ: xe tải hạng nặng, vận tải đường dài, một số ứng dụng công nghiệp.
• Thúc đẩy thị trường hydrogen xanh kéo theo đầu tư vào điện tái tạo, electrolyser và chuỗi cung ứng mới.
• Đa dạng hóa lựa chọn cho giao thông xanh: không phải BEV hay FCEV mà là BEV + FCEV tùy trường hợp sử dụng.

Thách thức:

• Hạ tầng nạp nhiên liệu còn hạn chế và chi phí cao: xây trạm nạp hydro đòi hỏi vốn lớn, tiêu chuẩn an toàn và chuỗi cung ứng phức tạp; điều này sẽ cản trở tốc độ phổ cập FCEV.
• Chi phí sản xuất hydrogen xanh hiện cao so với nhiên liệu truyền thống, cần chính sách hỗ trợ và giảm giá thành công nghệ mới để cạnh tranh.
• Rủi ro đầu tư và thất bại dự án: báo cáo gần đây cho thấy một số dự án hydrogen lớn đã bị điều chỉnh hoặc hủy, nghĩa là thị trường trải qua giai đoạn chọn lọc tương tự nhiều ngành công nghệ mới.

FCEV là một hướng đi đầy tiềm năng trong ngành giao thông xanh nhờ khả năng di chuyển xa, nạp nhiên liệu nhanh và không phát thải CO2. Trong tương lai, FCEV có thể đóng vai trò quan trọng nếu nhận được sự đầu tư và hỗ trợ đúng mức từ chính phủ và doanh nghiệp.