Công nghệ của tương lai: Ai sẽ về đích trước tiên?

 Khi giá nhiên liệu luôn bất ổn, lựa chọn cho tương lai mà các nhà sản xuất xe hơi hướng tới chính là sử dụng công nghệ hybrid, xe điện, pin nhiên liệu. Vậy giải pháp nào sẽ chiếm ưu thế?

Vấn đề hàng đầu của các nhà sản xuất xe hơi ngày nay là làm cách nào để sản xuất những chiếc xe thật bền và không bị hỏng. Họ đang nâng cấp những công nghệ lạc hậu, phát triển công nghệ mới, như hybrid, thử nghiệm biodiesel (diesel sinh học) và sản phẩm nhân tạo. Sau này, còn có một điều kỳ diệu được ứng dụng: năng lượng hydro.

Động cơ xăng và diesel đang được cải thiện và phát triển lên tầm cao mới, điều mà mười năm trước đây người ta còn chưa nghĩ tới. Thậm chí, động cơ xăng và diesel chạy bằng nhiên liệu thường và thậm chí là nhiên liệu nhân tạo (nếu lượng sản xuất đáp ứng đủ nhu cầu) sẽ trở nên phổ biến hơn trong thời gian dài nữa.

Tuy nhiên, cuộc cạnh tranh thực sự lại là ở chỗ, chúng ta sẽ sử dụng loại nhiêu liệu gì khi nguồn dầu cạn kiệt. Các nhà sản xuất chuộng dùng năng lượng hydro và ở Châu Âu đã có rất nhiều chương trình nghiên cứu lớn đang tìm cách để sản xuất loại năng lượng này. Họ đã chi hàng trăm triệu đô vào công nghệ pin nhiên liệu hydro và đặc biệt là các loại pin nhiên liệu trong việc cạnh tranh hiệu suất của động cơ.

Lúc đầu, chúng được thiết kế để ép ra một công suất ổn định. Nhưng để chế tạo chúng phản ứng cùng với bướm ga như một động cơ tốn đến hàng triệu đô. Vì vậy họ đã trở về với nguyên bản là pin nhiên liệu đơn giản hơn. Điện được nạp vào một quả pin lớn có thể cung cấp cho động cơ. Đó chính là pin hybrid cắm điện, một hệ thống rẻ hơn và tuổi thọ cao hơn.

Công nghệ cắm điện cũng đang được ứng dụng cho hybrid thông thường, sử dụng động cơ nhỏ hơn, nhẹ hơn và rẻ hơn với quá trình chạy hầu hết dựa vào pin. Chúng không bao giờ hoàn toàn phóng điện giống như pin “deep cycled”, do đó nó dùng được lâu hơn rất nhiều.

Nạp điện giúp chia tách nguồn năng lượng được tạo ra từ nhiên liệu và nguồn năng lượng của lưới điện. Hiện nay, hệ thống được vận hành chủ yếu từ năng lượng hóa thạch. Nhưng trong tương lai nó có thể tạo ra ý nghĩa sinh thái cao hơn khi hydro và nhiên liệu tái hồi phục khác được dùng để chạy các trạm phát điện thay vì nạp cho các xe dùng pin nhiên liệu như hiện nay.

Trong 30 năm tới, mỗi xe sẽ có hệ thống stop/start (dừng/khởi động). Hệ thống đạt hiệu quả kinh tế cao, nhất là với số lượng lớn sử dụng. Cũng chính vì thế, hầu hết các loại xe hybrid sẽ được ứng dụng công nghệ hybrid “nhẹ” (mild hybrid), với động cơ điện dùng truyền động dây đai

Cơ sở hạ tầng cho các loại xe điện – ắc quy dần dần được phát triển phục vụ sự đi lại trong thành phố với những trạm nạp điện ở nhà, công sở hay các điểm đỗ xe công cộng. Và điều thú vị là nguồn điện cung cấp cho những dòng xe này có thể được sản sinh từ nguồn nguyên liệu tái tạo. Còn pin nhiên liệu thì sao? Liệu có khả thi hay không? Một điều rõ ràng là việc sử dụng xe pin nhiên liệu sẽ vẫn rất hiếm đến tận năm 2020 và cho đến thời điểm đó thì chắc chắn sẽ có nhiều lựa chọn khác. Nhưng có 1 điều chắc chắn: điện sẽ là lựa chọn trong tương lai

Động cơ xăng

Tính khả thi: Thực tế là nhiên liệu hóa thạch tạo ra CO2 khi bị đốt cháy, vì vậy việc cải tiến hiệu suất là bắt buộc. HCCI rất khó điều khiển và thích hợp với tăng áp bởi vì nó hoạt động ở tỉ số nén cao. Động cơ hai/bốn thì công tắc của Ricardo rất có khả thi nhưng các nhà sản xuất lại không mặn mà với nó lắm.

Lợi ích: Chúng ta đã sản xuất được hơn 100 năm. Giá rẻ và nhiên liệu có thể tìm thấy ở mọi nơi. HCCI có thể giảm CO2 xuống 15% và NOx thì còn giảm nhiều hơn. Động cơ hai/bốn thì có thể mạnh hơn, nhỏ hơn và tiết kiệm hơn. Đối với tăng áp cũng có kết quả như vậy. Giảm kích thước là sự kì diệu.

Nhược điểm: Chúng ta chưa giải quyết được CO2 còn HCCI thì rất khó để kiểm soát và đòi hỏi thật khéo khi kết hợp với tăng áp, vì vậy nó vẫn chưa thực sự hoàn chỉnh. Nó cũng thích hợp với nhiên liệu tổng hợp nhưng đó là thứ chúng ta chưa có. Giống như mọi thứ mới mẻ khác, sự khó khăn với động cơ hai/bốn thì là tìm ra nhà sản xuất nào đủ dũng cảm chấp nhận nó.

Sản phẩm tiêu biểu: Động cơ Jaguar bơm nhiên liệu điện tử loại V8 5.0L tăng tới 29% công suất và giảm lượng CO2 so với động cơ 4.2L cũ. Đã có một vài động cơ từ nghiên cứu HCCI nhưng chỉ có VW đưa ra được sản phẩm hoàn thiện, phiên bản mẫu theo Ricardo hai/bốn thì - đó là động cơ của chiếc Golf 2.0L.

Động cơ diesel

Tính khả thi: Hoàn toàn khả thi. Những động cơ diesel hiện đại hội tụ đầy đủ yếu tố: đạt mô men xoắn cực đại tại tốc độ vòng quay thấp, công suất lớn, tiêu thụ nhiên liệu ít và công nghệ tinh vi. Chỉ cần đầu tư thêm thời gian và tiền bạc, với công nghệ này, động cơ diesel sẽ đạt được mức thải cực thấp trong tương lai.

Lợi ích: Diesel cung cấp 1 năng lượng lớn hơn so với xăng và quá trình tự cháy nổ có thể đạt công suất cao hơn nhờ tận dụng sức nóng. Hiệu suất của động cơ vì thế mà cao hơn, lượng tiêu thụ cũng giảm đi.

Nhược điểm: NOx là một trong những khí thải gây hại nhất, và được các nhà làm luật ở Mĩ phản đối nhiều nhất. Nhiệt độ cháy cao làm cho mức độ NOx được đẩy lên đến mức phạm luật. Công nghệ Diesel cũng đạt tới độ chính xác cao trong hệ thống nhiên liệu, vốn là thứ tinh vi và tốn kém.

Sản phẩm tiêu biểu: Một lần nữa Jaguar 3.0 lít AJ V6D là động xơ diesel tốt nhất thế giới. Với thế hệ Common Rail thứ 3, tăng áp liên tục kép, 271 mã lực và mô-men xoắn 600Nm trong phiên bản S, công suất của nó tăng so với loại 2.7L cũ là 32% và giảm lượng CO2 là 10%.

Biodiesel (dầu sinh học)

Tính khả thi: Động cơ mới sẽ được kiểm tra về lượng khí thải và hiệu suất sử dụng bơm diesel, không phải chất béo. Mấu chốt của việc sản xuất nhiêu liệu nhân tạo là lên men. Tìm hiều đầy đủ về chúng đúng là một thách thức.

Lợi ích: Nó có thể tái hồi phục, theo lý thuyết có thể giảm lượng CO­2 (phụ thuộc vào bao nhiêu CO2 được tạo ra khi tạo ra nhiên liệu) và có thể giảm lượng khói, bụi và đặc biệt là CO. Nó rất dễ pha trộn và bạn có lẽ đã sẵn sàng để sử dụng nó.

Nhược điểm: Trong trạng thái cô đặc sẽ có một lực cản lớn tới mức quét sạch hệ thống nhiên liệu, gây trở ngại với hệ thống phun. Nó dễ thoái hóa tại nhiệt độ cao và có thể thay đổi công thức hóa học trong bình xăng của bạn, tạo ra khí thải có hại dẫn đến ung thư, làm mất hiệu lực giấy bảo hành của bạn, và biến dầu máy của bạn thành thứ plastic nhớp nháp.

Sản phẩm tiêu biểu: Nhiên liệu của châu Âu có thể bao hàm 5% dầu sinh học tại nồng độ hóa học và môi trường cho phép. Loại nhiên liệu thương mại hiện có gồm dầu hạt cải từ châu Âu và dầu cọ từ Indonesia và Malaisia. Nước Mĩ thì phụ thuộc vào đậu tương. Nhờ vậy chúng ta có đa dạng sự lựa chọn cho công nghệ này.