Xe điện - khúc cua không đường lui của công nghiệp ôtô

VnExpress giới thiệu bài viết của ông Khương Quang Đồng - tiến sĩ vật lý tại đại học Grenoble, Pháp, người có hơn 35 năm làm việc trong ngành ôtô - về những thách thức của ngành công nghiệp ôtô khi phát triển xe điện.

Bắt đầu từ 2035, một số quốc gia kinh tế phát triển như các nước thuộc EU, Nhật, Trung Quốc và một số tiểu bang của Mỹ như California... bắt đầu cấm bán các xe xăng dầu, cấm cả dòng xe hybrid sạc điện, để thực thi chương trình giảm khí thải CO2 của Hội nghị về Khí hậu 2015 tại Paris. Tiếp theo đó, đa số các tập đoàn ôtô Âu Mỹ cũng đã quyết định ngưng 70-100% xe động cơ đốt trong, bắt đầu năm 2030 như Ford, Daimler, Volvo, Opel, VW, Renault... Toyota chỉ giảm 30% năm 2030 và Honda ngừng 100% năm 2040.

Để giúp khởi động thị trường ôtô điện, các quốc gia này đã bỏ ra một ngân sách lớn, một phần để khuyến khích người mua, cứ mỗi xe được hỗ trợ gần 10.000 USD và một phần để xây dựng mạng lưới sạc điện bao phủ rộng trên toàn lãnh thổ. Và trong vài năm qua, thị trường ôtô điện tăng nhanh, thị phần năm 2021 tăng gấp đôi so với 2020 để đạt tới hơn 6 triệu xe.

Xe điện chưa thực sự chinh phục thị trường

Sự tăng trưởng này là biểu hiện của một xu hướng xã hội bảo đảm cho sự tăng trưởng lâu dài hay chỉ là kết quả của một kế hoạch hỗ trợ tài chính và sẽ giảm khi tiền hỗ trợ giảm? Chúng ta chưa có câu trả lời. Nhưng thực ra, hiện tại ôtô điện chưa đáp ứng yêu cầu của chương trình giảm khí thải CO2 và cũng chưa đáp ứng nhu cầu của thị trường.

Về khí CO2, theo cách tính WTW (wheel to wheel - tính tổng thể khí thải từ giai đoạn khai thác, chế biến, chuyên chở nhiên liệu đến lúc bánh xe quay), các xe dùng điện 100% sản xuất từ năng lượng tái tạo có thể giảm 90% CO2 so với xe xăng-diesel, nhưng chỉ giảm khoảng 10% nếu dùng điện hiện tại trên thế giới, sản xuất chủ yếu (80%) từ năng lượng hoá thạch. Sự khác biệt không đủ, ít nhất trong một thời gian dài, để ngành giao thông có những đóng góp đáng kể vào cuộc chiến chống sưởi ấm trái đất.

Ngoài việc chưa đáp ứng được yêu cầu CO2, pin Li-ion không được coi là thân thiện với môi trường vì dùng rất nhiều kim loại. Một pin 70 kWh nặng 400 kg chứa gần 300 kg kim loại như nhôm, đồng, nicken, coban, mangan, lithium... và đất hiếm. Nếu không phát triển công nghiệp tái chế, ngành ôtô sẽ mau chóng làm cạn kiệt nguồn tài nguyên trái đất và sẽ gây nhiều tranh chấp có thể dẫn đến chiến tranh. Vì lý do kinh tế, địa chính trị và môi trường, châu Âu đã quyết định tái chế 100% các pin từ năm 2025.

Về nhu cầu thị trường, ôtô điện hiện tại chỉ đáp ứng cho những nhu cầu di chuyển gần vì thời gian sạc điện quá lâu, hơn một giờ nếu không muốn làm giảm tuổi thọ của pin và phải ngừng thường xuyên để sạc, quãng đường của một bình điện rất ngắn, nếu chạy với tốc độ của đường trường, sử dụng máy điều hoà và các thiết bị điện tử... thì chưa được một nửa so với những con số thông báo của các nhà sản xuất, trung bình chưa tới 200 km phải tìm trạm sạc. Khi đi đường xa, người sử dụng xe điện luôn luôn thấp thỏm tìm chỗ sạc điện và phải nhiều kiên nhẫn để chờ sạc.

WLTP: Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure - Quy trình kiểm tra đồng bộ xe hạng nhẹ toàn cầu.

Bảng so sánh trên đây cho thấy khi sử dụng xe trên đường cao tốc chỉ chạy được khoảng 60% so với thông báo của các nhà sản xuất đo theo tiêu chuẩn WLTP trong phòng thí nghiệm (tương đương với vận tốc chạy trong thành phố). Nếu xe chở 5 người với hành lý, dùng máy điều hòa và các thiết bị điện tử cộng thêm những điều kiện thời tiết phải dùng đèn, quạt nước... Tỷ lệ này chắc xuống tới 40%.

Cuộc chạy đua pin thể rắn

Theo thống kê ở châu Âu, thị phần của ôtô điện hiện tại chủ yếu chỉ giới hạn vào loại xe thứ hai của những gia đình đă có một xe động cơ đốt trong. Để tăng thị phần và trở thành phương tiện di chuyển chính thay thế xe động cơ nhiệt, thời gian sạc cần phải rút ngắn xuống độ 5-10 phút và một bình điện phải chạy được khoảng 500 km trên các đường cao tốc, tương đương với 1.000 km theo tiêu chuẩn WLTP. Chủ đề này đã nhận được hàng chục ý tưởng đột phá từ các viện nghiên cứu nổi tiếng trên khắp thế giới, nhưng hiện tại chỉ có giải pháp pin thể rắn bước qua được ngưỡng cửa công nghiệp nhưng chưa chắc vào được nhà máy sản xuất.

Về phát triển pin thể rắn, ông Fisker, CEO của công ty cùng tên, đã tuyên bố tháng 2/2021: "Đó là loại công nghệ mà bạn cảm thấy như bạn đã hoàn thành 90% công việc, bạn sắp hoàn thành, nhưng sau đó bạn nhận ra rằng 10% còn lại khó hơn 90% đầu tiên". Tương tự, ông Masahiko Maeda, giám đốc công nghệ của Toyota cũng cho biết hồi tháng 9 năm ngoái: "Chúng tôi chưa thể lạc quan. Có rất nhiều khó khăn mà chúng tôi phải đối mặt để tìm kiếm vật liệu tốt nhất cho pin thể rắn".

Dù thời gian sạc giảm chưa đạt được yêu cầu và mật độ điện chưa đủ cao, các tập đoàn ôtô vẫn đua nhau lên lịch ra mắt thị trường mẫu xe sử dụng loại pin này, ví như Mercedes năm 2024, Toyota, Ford, BMW 2025 và Huyndai, Stellantis 2026, Nisan-Renault 2028. Đây là lá bài quan trọng để chinh phục thị trường, quyết định tương lai của ôtô điện và các nhà sản xuất ôtô.

Đánh cược với tương lai

Ngừng sản xuất ôtô xăng dầu để chuyển sang xe điện như từ bỏ con gà đẻ trứng vàng đi vào cuộc đầu tư nhiều rủi ro. Theo viện nghiên cứu Alix Partners, các tập đoàn ôtô đã đầu tư 225 tỷ USD vào phát triển công nghiệp điện và 186 tỷ vào xăng dầu trong giai đoạn 2019-2023.

Để thực hiện song song hai chương trình đầu tư này, họ đã phải vay nợ. Tiền nợ năm 2019 của một số tập đoàn lên đến hàng trăm tỷ USD như VW 192 tỷ, Daimler Mercedes 151 tỷ, Toyota 138 tỷ, BMW 114 tỷ... Đây là cuộc đánh cược vô cùng rủi ro, vốn đầu tư cao mà sản phẩm chưa chinh phục thị trường, theo nhiều chuyên gia kinh tế, không nhiều tập đoàn sẽ sống sót sau cuộc cách mạng công nghiệp này.

Ngược lại, sự đơn giản của thiết kế và sản xuất ôtô điện so với xe động cơ nhiệt đã khuyến khích nhiều nước kinh tế mới phát triển như Thổ Nhĩ Kỳ, Indonesia, Thái Lan... xây dựng một nền công nghiệp ôtô quốc gia và tạo tham vọng cho nhiều start-up muốn theo con đường của nhiều công ty đã thành công như Tesla, Fisker, Nio và nhiều ông khổng lồ như Apple, Xiaomi.

Bức tranh nền công nghiệp sản xuất xe thế giới sẽ thay đổi với ôtô điện, sẽ không còn tập trung vào vài tập đoàn quốc tế của vài cường quốc ôtô. Nhưng cuộc cách mạng ôtô chưa kết thúc với sự cạnh tranh của công nghệ pin nhiên liệu-hydro.

Hydro - kế hoạch B cho năm 2050

Công nghệ pin nhiên liệu sản xuất điện từ hydro đã được phát minh từ đầu thế kỷ 19 và được sử dụng trong một số lĩnh vực như không gian, các công nghiệp hoá học... nhưng còn rất giới hạn trong ngành giao thông vì không cạnh tranh nổi với năng lượng hoá thạch trong giai đoạn ô nhiễm môi trường chưa là vấn đề trầm trọng như hiện nay.

Hiện tại đã có vài mẫu xe bán trên thị trường như các xe Toyota Mirai, Hyundai Nexo, BMW X5, SUV Land Rover Defender, xe quân đội Chevrolet và các xe bán tải Renault-Peugeot... và nhiều mẫu xe tại thị trường Trung Quốc. Nhiều tập đoàn ôtô, đặc biệt là Toyota, Hyundai và BMW đầu tư rất nhiều vào nghiên cứu phát triển công nghệ này. Dù còn đắt hơn xe xăng-diesel và tuổi thọ pin nhiên liệu chưa bằng pin Li-ion, nhưng nếu tập trung nghiên cứu phát triển thì công nghệ ôtô hydro có thể đuổi kịp trong hai thập niên tới và nhanh chóng đáp ứng nhu cầu thị trường về thời gian sạc nhiên liệu và chạy đường trường với vận tốc cao.

Vấn đề chính là thế giới chưa có công nghiệp sản xuất hydro sạch. Hiện tại, 95% lượng hydro, gọi là xám, được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch như khí đốt tự nhiên hoặc than đá, các quá trình sản xuất thải rất nhiều khí CO2. Trong bối cảnh hiện tại, ôtô điện hydro chỉ thực sự phát triển khi xây dựng được nền kinh tế hydro xanh toàn cầu, thay thế cho nền kinh tế dầu khí toàn cầu hiện tại, sản xuất bằng cách điện phân nước dùng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo hay hạt nhân. Theo các viện Năng lượng như Viện Quốc tế Năng lượng tái tạo (International Renewable Energy Agency - IRENA), đến khoảng 2050, nền kinh tế này mới bắt đầu đáp ứng nhu cầu tiêu thụ đại chúng.

Công nghiệp ôtô đã đi vào bước ngoặc không có đường lùi vì đe doạ sưởi ấm trái đất đang biến thành hiện thực nhưng những công nghệ thay thế động cơ đốt trong vẫn còn nhiều điểm yếu. Ôtô điện pin Li-ion chưa đáp ứng được những yêu cầu về môi trường và nhu cầu thị trường. Ô tô điện hydro sạch có thể là giải pháp lâu dài nhưng chưa sẵn sàng và có điểm yếu là hiệu suất năng lượng yếu nên rất phí phạm, chỉ đạt được 30%, rất thấp so với 80-90% của xe điện bình ắc-quy. Không có giải pháp nào hoàn hảo. Tất cả mọi giải pháp đều cần con người đừng phí phạm và tôn trọng quy trình biến đổi của thiên nhiên.

Khương Quang Đồng

• Xe chạy hydro - kẻ đi trước thời đại
• Porsche Taycan - đỉnh cao xe thể thao chạy điện
• Đầu nối dây điện - 'gót chân Asin' của xe xăng