Alstom gần đây đã gửi mẫu tàu chạy bằng hydro Regiolis H2 để xin chứng nhận. Là mẫu tàu thứ ba chạy bằng hydro trong dòng sản phẩm của mình, tàu này dự kiến sẽ được đưa vào vận hành tại Pháp trước cuối năm nay. Với phạm vi hoạt động 600 km, mẫu Regiolis H2 mới có tầm hoạt động ngắn hơn một chút so với Coradia Stream H (660 km) và ngắn hơn đáng kể so với Coradia iLint (800 km). Tuy nhiên, hệ thống lai của nó mang lại một lợi thế bổ sung: có thể vận hành bằng điện từ hệ thống dây điện trên không khi có sẵn nguồn điện này. Do đó, dự án được định vị như một giải pháp linh hoạt cho các tuyến đường có cơ sở hạ tầng lai.
Tuy nhiên, dự án tàu chạy bằng hydro của Alstom lại gặp trục trặc. Các đơn vị vận hành tại Đức đã phải đưa tàu sử dụng động cơ diesel trở lại do không thể tiếp cận các tế bào nhiên liệu thay thế. Trong số 14 đoàn tàu Coradia iLint được bang Lower Saxony mua, chỉ có 4 chiếc đang hoạt động. Mặc dù vấn đề này có vẻ như chỉ là một sự cố trong chuỗi cung ứng, nhưng nguyên nhân gốc rễ lại sâu xa hơn — nó không chỉ phơi bày những hạn chế của năng lượng hydro trong vận tải, mà còn cho thấy những ràng buộc về vật liệu cấu trúc, khiến khả năng khả thi của công nghệ này ngày càng bị nghi ngờ.
Coradia iLint, từng là dự án tiên phong trong lĩnh vực di chuyển sử dụng hydro, sử dụng các tế bào nhiên liệu do Cummins cung cấp, tận dụng công nghệ Hydrogenics của công ty tại Canada và châu Âu. Mỗi đoàn tàu được trang bị hai module với công suất khoảng 200 kW mỗi cái. Đối với các tế bào nhiên liệu có quy mô như vậy, cần từ 0,4 đến 0,6 gam bạch kim trên mỗi kilowatt để đáp ứng yêu cầu độ bền trong vận hành đường sắt, nghĩa là mỗi đoàn tàu cần khoảng 0,2 kg bạch kim. Với giá hiện nay, con số này vào khoảng 8.700 USD, chiếm 5% chi phí của tế bào nhiên liệu. Mặc dù tỷ lệ này trông nhỏ, vấn đề trở nên nổi bật khi xem xét sản lượng khai thác bạch kim toàn cầu.
Bạch kim là không thể thay thế trong các pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM). Lõi của một pin nhiên liệu PEM là một màng được phủ bạch kim. Bạch kim đóng vai trò là chất xúc tác: nó tách các phân tử hydro thành proton và electron, cho phép các proton đi qua màng trong khi buộc các electron phải di chuyển dọc theo một mạch bên ngoài để tạo ra điện, sau đó tăng tốc phản ứng chậm trong việc kết hợp oxy, proton và electron để tạo thành nước ở phía bên kia của màng. Hai phản ứng này là nền tảng cho hoạt động của pin nhiên liệu, và hóa học bề mặt độc đáo của bạch kim cho phép các phản ứng này diễn ra với tốc độ thực tế và độ bền cần thiết. Nếu không có bạch kim, các pin nhiên liệu hoặc là không thể hoạt động hiệu quả hoặc là bị suy giảm nhanh chóng, khiến các loại pin nhiên liệu hydro phụ thuộc sâu sắc vào kim loại khan hiếm và biến động giá này.
Sản lượng bạch kim toàn cầu hàng năm khoảng 250-280 tấn. Khoảng một phần ba được sử dụng trong chất xúc tác ô tô (chủ yếu cho xe động cơ diesel), một phần tư trong trang sức, gần một phần năm trong chất xúc tác công nghiệp cho ngành lọc hóa dầu và hóa chất, cũng như một lượng nhỏ trong ngành thủy tinh và điện tử. Ngược lại, pin nhiên liệu và máy điện phân chỉ tiêu thụ khoảng 1-2 tấn mỗi năm, chiếm chưa đầy 1% tổng nhu cầu.
Nguồn cung bạch kim vẫn còn hạn chế. Nam Phi đóng góp khoảng 70% lượng bạch kim khai thác được, nhưng ngành khai mỏ tại đây gặp nhiều khó khăn do thiếu hụt điện năng, lũ lụt, đình công và các trở ngại chính trị. Khối lượng tái chế rất thấp — ở mức thấp nhất trong hơn một thập kỷ qua — dẫn đến mức thiếu hụt nguồn cung hàng năm khoảng 31 tấn. Giá bạch kim đã tăng lên mức cao nhất trong vòng 11 năm và tỷ lệ cho thuê cũng tăng mạnh. Việc tái chế hầu như không làm giảm được áp lực: phần lớn bạch kim tái chế đến từ các bộ phận xúc tác trong xe hơi hết hạn sử dụng, trong khi bạch kim sử dụng trong các ứng dụng như pin nhiên liệu có tỷ lệ thu hồi thấp hơn do phân bố tinh thể mịn, bị nhiễm bẩn hoặc việc chiết xuất không mang lại hiệu quả kinh tế.
Trong cuộc cạnh tranh giành bạch kim, pin nhiên liệu hydro đang ở thế bất lợi nhất. Các nhà sản xuất ô tô không ngần ngại chi phí để mua bạch kim nhằm đáp ứng quy định về khí thải; các nhà máy lọc dầu không thể thiếu chất xúc tác bạch kim và đối mặt với chi phí dừng hoạt động cực kỳ cao; các nhà sản xuất thủy tinh đặc chủng và điện tử không có vật liệu thay thế cho các công cụ bạch kim chịu nhiệt. Chỉ có tiêu dùng trang sức có thể giảm xuống khi giá tăng, giải phóng một lượng cung nhỏ. Ngược lại, pin nhiên liệu hydro có nhu cầu hạn chế và khách hàng nhạy cảm với chi phí.
Năng lượng hydro đã phải đối mặt với hiệu suất năng lượng thấp, chi phí vận hành và cơ sở hạ tầng cao, cùng sức hấp dẫn thị trường yếu trong lĩnh vực giao thông so với pin. Việc thiếu hụt nguồn cung bạch kim càng làm tình hình trở nên tồi tệ hơn. Mỗi megawatt công suất tế bào nhiên liệu bổ sung đều tiêu tốn thêm lượng bạch kim khan hiếm này, và các ngành công nghiệp khác liên tục đưa ra mức giá cao hơn để giành giật nguồn tài nguyên này khỏi ngành hydro. Việc phát triển quy mô lớn cho giao thông bằng hydro sẽ chỉ làm gia tăng sự phụ thuộc vào nguyên liệu thô không thể thay thế, nguồn cung hạn chế và ngày càng khan hiếm lâu dài này, với triển vọng trong tương lai rất u ám.
EN
