Công nghệ không gian và tác động ngoài vũ trụ
Chương trình không gian Hoa Kỳ không chỉ là biểu tượng của khát vọng khám phá vũ trụ mà còn là bệ phóng cho hàng loạt sáng chế mang tính ứng dụng cao. Những công nghệ như mút hoạt tính, miếng dán Velcro, thực phẩm sấy khô, điều hướng vệ tinh hay máy hút bụi cầm tay, tất cả đều có gốc rễ từ nhu cầu nghiên cứu và sinh hoạt trong môi trường không trọng lực.
Trong số những đóng góp quan trọng nhất phải kể đến pin nhiên liệu hydro, đây là một công nghệ từng đóng vai trò thiết yếu trong các chuyến bay lịch sử của chương trình Apollo.
Nhờ pin nhiên liệu, các mô-đun chỉ huy đã có đủ năng lượng để vận hành hệ thống thông tin liên lạc, điều hòa không khí, chiếu sáng và thậm chí cung cấp nước uống thông qua phản ứng hóa học.
Khi đó, các loại pin thông thường không thể đáp ứng yêu cầu khắt khe của môi trường không gian và pin nhiên liệu đã trở thành giải pháp sống còn.
Khi nhắc đến thành tựu của chương trình không gian Hoa Kỳ, người ta thường nghĩ đến tàu Apollo, các nhà du hành vũ trụ và bước chân đầu tiên lên Mặt Trăng. Tuy nhiên, ít ai biết rằng nhiều công nghệ đời sống hiện đại ngày nay – từ máy hút bụi không dây đến camera điện thoại – đều bắt nguồn từ những thí nghiệm không gian.
General Motors và giấc mơ xe chạy bằng hydro
Từ thập niên 1960, General Motors (GM) là một trong những “đại gia” ngành xe hơi Mỹ đã nhận thấy tiềm năng ứng dụng pin nhiên liệu vào giao thông vận tải.
Vào thời điểm đó, ý tưởng về xe chạy bằng pin nhiên liệu bị cho là không khả thi vì hệ thống phức tạp, giá thành cao và mức độ nguy hiểm từ hydro. Tuy nhiên, với tầm nhìn dài hạn, GM đã đầu tư nghiên cứu nhằm thích nghi công nghệ không gian này vào thực tế.
Năm 1966, GM trình làng chiếc xe pin nhiên liệu đầu tiên trên thế giới – Electrovan. Đây là mẫu xe thử nghiệm được phát triển từ mẫu GMC Handi-Van đời 1966, được cải tiến để tích hợp hệ thống pin nhiên liệu sử dụng hydro và oxy.
Dự án được triển khai với sự hợp tác cùng tập đoàn hóa chất Union Carbide, với mục tiêu phát triển một hệ thống sản xuất điện dựa trên phản ứng hóa học giữa hai loại khí.
Mặc dù chiếc xe này không được thương mại hóa, nhưng GM đã chứng minh được tính khả thi của hệ thống pin nhiên liệu thông qua nó và đặt nền móng cho công nghệ pin nhiên liệu hiện đại.
Electrovan – chiếc xe "Apollo trên mặt đất"
Electrovan có trọng lượng tổng cộng lên đến 7.100 pound (hơn 3,2 tấn), trong đó riêng hệ thống pin nhiên liệu và truyền động điện đã chiếm 3.900 pound – tương đương hơn nửa trọng lượng xe. Dù cồng kềnh, chiếc xe này có thể vận hành trong phạm vi khoảng 150 dặm (gần 240 km) – một con số ấn tượng vào thời điểm đó.
Tuy nhiên, Electrovan không bao giờ được chạy trên đường phố vì lý do an toàn. Quá trình vận hành gặp nhiều khó khăn, bao gồm tốc độ tăng tốc chậm (mất 30 giây để đạt 60 dặm/giờ) và nguy cơ cháy nổ từ bình chứa hydro.
Và tên thực tế, một vụ nổ đã từng xảy ra trong quá trình thử nghiệm. Nhưng điều đó không ngăn cản các kỹ sư GM tiếp tục khai phá công nghệ mới, bởi những bài học từ Electrovan chính là nền móng cho thế hệ pin nhiên liệu hiện đại.
Hiện nay, General Motors đang thương mại hóa pin nhiên liệu thông qua hệ thống HYDROTEC và ứng dụng chúng trong nhiều lĩnh vực. Mô-đun điện HYDROTEC của GM nén 300 pin nhiên liệu thành kích thước bằng một chiếc vali lớn và được cung cấp dưới dạng hệ thống mô-đun cho nhiều loại xe.
Từ thí nghiệm đến thương mại: HYDROTEC ra đời
Ngày nay, sau hơn 60 năm, những nỗ lực bền bỉ của GM đã đơm hoa kết trái. Hệ thống pin nhiên liệu hydro không còn là sản phẩm của phòng thí nghiệm, mà đang được thương mại hóa dưới thương hiệu HYDROTEC.
GM đã tinh giản và thu gọn 300 pin nhiên liệu vào một mô-đun nhỏ gọn, chỉ bằng kích thước của một chiếc vali, có thể tích hợp linh hoạt vào nhiều loại phương tiện và thiết bị công nghiệp.
Hệ thống HYDROTEC hiện đang được ứng dụng vào các lĩnh vực đa dạng như: Xe tải hạng nặng dùng cho đường dài; Thiết bị khai thác mỏ yêu cầu công suất lớn và độ bền cao; Trạm sạc xe điện di động trong những khu vực chưa có hạ tầng cố định.
Đặc biệt, GM đang bắt tay cùng Honda, đối tác lâu năm đến từ Nhật Bản để sản xuất hàng loạt hệ thống pin nhiên liệu tại nhà máy ở Brownstown, Michigan. Đây là một phần trong chiến lược toàn cầu nhằm đẩy nhanh quá trình điện khí hóa và trung hòa carbon trong ngành giao thông vận tải.
Trong bối cảnh cuộc đua năng lượng sạch đang diễn ra quyết liệt, pin nhiên liệu hydro nổi lên như một lựa chọn hấp dẫn, nhất là với các phương tiện vận tải lớn. Không giống như pin lithium-ion, vốn cần thời gian sạc dài và không tối ưu cho trọng tải nặng, pin nhiên liệu có thể “nạp đầy” chỉ trong vài phút và cung cấp công suất cao liên tục.
Ngoài ra, hydro có mật độ năng lượng lớn trên mỗi đơn vị thể tích, khiến nó lý tưởng cho các hành trình dài mà không cần dừng sạc thường xuyên.
Một điểm cộng lớn khác là tính thân thiện với môi trường. Quá trình vận hành pin nhiên liệu chỉ thải ra nước tinh khiết, không khói bụi, không CO₂ giúp giảm tải áp lực môi trường và phù hợp với tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt ở nhiều quốc gia.
