Xe chạy bằng hydro có an toàn không?

1. Khái quát công nghệ xe chạy hydro

Xe chạy bằng hydro là loại phương tiện sử dụng năng lượng từ phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy để tạo ra điện năng. Thay vì đốt cháy nhiên liệu như động cơ truyền thống, xe hydro hoạt động bằng hệ thống pin nhiên liệu (fuel cell). Trong đó, hydro được nén và lưu trữ trong các bình chịu áp cao, khi cần sử dụng sẽ đi qua bộ pin nhiên liệu để sản sinh ra dòng điện vận hành động cơ.

Điểm đáng chú ý là sản phẩm phụ duy nhất của quá trình này là nước tinh khiết, không tạo khí thải gây ô nhiễm môi trường như CO2 hay NOx. Với ưu điểm đó, xe hydro đang được coi là giải pháp trung hòa carbon, hướng đến tương lai giao thông bền vững.
 

Hiện nay, một số mẫu xe tiêu biểu sử dụng công nghệ này bao gồm Toyota Mirai, Hyundai Nexo, Honda Clarity Fuel Cell... Ngoài ra, các dòng xe tải hạng nặng, tàu hỏa, và thậm chí là máy bay cũng đang trong quá trình thử nghiệm ứng dụng pin nhiên liệu hydro.

2. Tính chất hóa lý của hydro và các mối nguy tiềm ẩn

Hydro là nguyên tố nhẹ nhất và phổ biến thứ nhất trong vũ trụ. Ở điều kiện tiêu chuẩn, hydro tồn tại dưới dạng khí không màu, không mùi, không vị và đặc biệt dễ bay hơi. Mật độ khối của hydro rất thấp (khoảng 0.09 kg/m3), nhẹ hơn không khí gấp 14 lần, điều này khiến nó khuếch tán rất nhanh trong môi trường.

Tuy nhiên, đặc tính dễ cháy là yếu tố khiến hydro được xem là rủi ro tiềm tàng nếu không được kiểm soát đúng mức. Phạm vi cháy của hydro trong không khí rất rộng, từ 4% đến 75% về thể tích, và nhiệt độ bắt cháy thấp (khoảng 500 độ C). Nếu xảy ra rò rỉ, hydro có thể bắt lửa từ một tia lửa nhỏ, thậm chí trong một số trường hợp không cần nguồn lửa trực tiếp.

Tuy nhiên, cũng chính vì hydro nhẹ nên nếu rò rỉ xảy ra, khí sẽ nhanh chóng bốc lên cao và phân tán ra môi trường, không tích tụ thành vũng như xăng dầu. Điều này làm giảm khả năng gây cháy lan hoặc nổ lớn nếu so sánh với nhiên liệu hóa thạch.

3. Hệ thống an toàn tích hợp trong xe dùng pin nhiên liệu

Để đảm bảo an toàn tuyệt đối, các phương tiện sử dụng hydro được trang bị những hệ thống bảo vệ đa tầng. Trước tiên, bình chứa hydro được làm từ vật liệu composite cao cấp như sợi carbon bọc nhựa epoxy, có khả năng chịu áp lực lên tới 700 bar (gấp 350 lần áp suất lốp ô tô thông thường).
 

Hệ thống van an toàn sẽ tự động đóng khi phát hiện rò rỉ hoặc va chạm nghiêm trọng. Cảm biến phát hiện khí hydro được bố trí quanh xe, sẵn sàng cảnh báo nếu phát hiện hơi hydro thoát ra ngoài. Ngoài ra, van giảm áp và ống xả được thiết kế hướng thẳng lên trời nhằm giải phóng khí một cách an toàn trong trường hợp khẩn cấp.

Trong bộ pin nhiên liệu, quá trình điện hóa được kiểm soát nghiêm ngặt thông qua phần mềm điều khiển trung tâm (ECU), giúp cân bằng dòng khí, điện áp và nhiệt độ, ngăn ngừa sự cố vượt ngưỡng. Ngoài ra, các nhà sản xuất còn thực hiện hàng loạt thử nghiệm va chạm, cháy nổ, áp suất, rò rỉ... trước khi xe được đưa ra thị trường.

4. So sánh an toàn giữa xe hydro và xe xăng/diesel

Mặc dù hydro dễ cháy, nhưng xét tổng thể, xe sử dụng nhiên liệu này lại có nhiều yếu tố an toàn hơn so với xe truyền thống. Trong xe chạy xăng hoặc diesel, nhiên liệu dạng lỏng có thể rò rỉ và tích tụ dưới gầm xe gây nguy cơ cháy âm ỉ, rất khó phát hiện sớm. Trong khi đó, nếu hydro rò rỉ, khí sẽ bốc lên cao và tản nhanh.

Một điểm nữa là hydro không độc, trong khi xăng và diesel chứa nhiều hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC) gây hại cho sức khỏe con người nếu tiếp xúc lâu dài. Trong khi cháy hydro tạo ra ngọn lửa sạch và ít khói, thì xăng cháy thường sinh ra khói đen độc hại.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng do hydro hoạt động ở áp suất cực cao nên yêu cầu thiết kế kỹ thuật của xe FCEV phải tuân thủ nghiêm ngặt hơn rất nhiều. Nếu so về mức độ an toàn cơ bản, hai loại xe có thể coi là tương đương, nhưng xe hydro cần kiểm tra, bảo trì định kỳ hệ thống khí nén kỹ lưỡng hơn.
 

5. Các tình huống thực tế từng xảy ra và bài học kinh nghiệm

Dù hiếm, nhưng trong thực tế vẫn ghi nhận một số sự cố liên quan đến hệ thống nhiên liệu hydro. Một số vụ rò rỉ tại trạm nạp hydro đã gây ra cháy nhỏ hoặc buộc phải sơ tán khu vực xung quanh. Tuy nhiên, phần lớn các vụ việc không gây thương vong nghiêm trọng do hệ thống tự động kiểm soát đã kích hoạt kịp thời.

Một trong những sự kiện đáng chú ý là vụ nổ nhẹ tại một trạm nạp ở Na Uy vào năm 2019, khiến hai người bị thương nhẹ. Nguyên nhân được xác định là do lỗi kỹ thuật trong thiết bị cảm biến áp suất, không liên quan đến bản chất nguy hiểm của hydro. Sự việc đã khiến toàn bộ hệ thống trạm hydro tại châu Âu được rà soát và nâng cấp tiêu chuẩn an toàn lên cấp độ cao hơn.
 

Các hãng xe lớn cũng không đứng ngoài cuộc. Toyota từng cập nhật phần mềm điều khiển hệ thống an toàn trên dòng Mirai sau khi phát hiện khả năng van giảm áp bị kẹt trong điều kiện khắc nghiệt. Những hành động kịp thời này cho thấy hệ thống phản ứng và xử lý sự cố trong ngành đang ngày càng hoàn thiện.

6. Vai trò của tiêu chuẩn quốc tế trong đảm bảo an toàn

Để đảm bảo rằng các phương tiện sử dụng hydro đạt được mức an toàn tối đa, nhiều tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã ban hành các bộ quy chuẩn rất nghiêm ngặt. Trong đó có thể kể đến:

• ISO 19881: Tiêu chuẩn an toàn cho bình chứa khí nén áp suất cao dùng trong giao thông.

• ISO 23273: Hướng dẫn thiết kế hệ thống nhiên liệu hydro trên xe cơ giới.

• UN GTR No.13: Quy định kỹ thuật toàn cầu cho phương tiện dùng pin nhiên liệu.

• SAE J2579: Yêu cầu thử nghiệm và hiệu suất cho bình chứa hydro và hệ thống khí.

Các bộ tiêu chuẩn này không chỉ kiểm soát về mặt thiết kế mà còn bao gồm cả quy trình sản xuất, vận hành, bảo dưỡng và thử nghiệm thực địa. Mỗi xe chạy hydro trước khi được đưa ra thị trường đều phải trải qua hàng loạt kiểm tra khắt khe theo các khung tiêu chuẩn này.

7. Hệ thống nạp nhiên liệu hydro có an toàn không?

Trạm nạp hydro được thiết kế để xử lý khí ở áp suất cực cao, do đó khâu vận hành cần tuân thủ quy trình cực kỳ nghiêm ngặt. Các đầu nối nạp được khóa liên động, chỉ hoạt động khi hoàn toàn kín và hệ thống phát hiện rò rỉ đã xác nhận an toàn.

Hệ thống làm mát được tích hợp để giảm áp lực khi hydro được bơm vào bình. Ngoài ra, các van một chiều, van chống tràn và cảm biến áp suất giúp kiểm soát chặt chẽ dòng khí. Nếu phát hiện sự cố, hệ thống sẽ ngừng cấp khí ngay lập tức.

Các trạm hiện đại còn được tích hợp hệ thống phòng cháy chữa cháy tự động, camera giám sát và quy trình sơ tán trong tình huống khẩn cấp. Chính vì vậy, rủi ro từ việc nạp nhiên liệu hydro hoàn toàn có thể kiểm soát được nếu tuân thủ đầy đủ quy trình kỹ thuật.
 

8. Tác động môi trường và an toàn sức khỏe cộng đồng

Một trong những điểm mạnh rõ rệt của xe chạy hydro là tính thân thiện với môi trường. Quá trình vận hành xe không tạo ra khí độc, không sinh khói bụi hay hạt vi mô (PM2.5), từ đó giảm tác động xấu đến chất lượng không khí đô thị.

Nước thải ra từ ống xả của xe FCEV là nước tinh khiết, không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Điều này giúp giảm áp lực lên hạ tầng xử lý khí thải đô thị cũng như giảm tỷ lệ mắc các bệnh về hô hấp ở người dân.

Ngoài ra, khi nguồn hydro được sản xuất từ điện tái tạo như điện mặt trời hoặc gió, toàn bộ chu trình nhiên liệu sẽ đạt mức phát thải gần như bằng 0, điều mà các loại xe khác khó có thể đạt được.

9. Tâm lý người tiêu dùng và rào cản nhận thức

Dù công nghệ đã phát triển và tiêu chuẩn an toàn rất chặt chẽ, nhưng người tiêu dùng vẫn tồn tại tâm lý e ngại về xe chạy hydro. Một phần đến từ sự thiếu hiểu biết về công nghệ pin nhiên liệu, phần khác đến từ việc truyền thông thường gắn hydro với khái niệm "nổ" hay "cháy".

Thực tế, chính nỗi lo sợ này lại là trở ngại lớn nhất trong việc phổ biến xe FCEV ra thị trường đại chúng. Để vượt qua rào cản này, cần có các chiến dịch truyền thông khoa học, minh bạch thông tin, cũng như chính sách khuyến khích người tiêu dùng trải nghiệm sản phẩm.

Ngoài ra, việc thiếu hệ thống trạm nạp cũng là một yếu tố khiến nhiều người do dự khi lựa chọn xe hydro, bất chấp tính năng và an toàn vượt trội.
 

10. Tương lai của xe hydro và sự phát triển của công nghệ lưu trữ

Nghiên cứu về công nghệ lưu trữ hydro đang diễn ra rất sôi nổi trên toàn cầu. Các vật liệu mới như hợp kim hấp thụ hydro, ống nano carbon, và chất rắn chứa hydro hứa hẹn mở ra khả năng lưu trữ an toàn hơn, hiệu quả hơn và ít phụ thuộc vào áp suất cao.

Song song đó, ngành công nghiệp cũng đang phát triển các bộ pin nhiên liệu nhỏ gọn, ổn định nhiệt tốt hơn và ít chi phí bảo trì. Nhờ vậy, chi phí sản xuất xe FCEV sẽ ngày càng giảm, giúp công nghệ này trở nên phổ biến hơn.

Các quốc gia như Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc và Mỹ đang đầu tư hàng tỷ USD vào mạng lưới trạm nạp và hệ thống cung cấp hydro xanh. Điều này sẽ tạo nền tảng hạ tầng vững chắc cho việc mở rộng quy mô sử dụng xe hydro trên toàn cầu.

11. Kết luận: Có nên lo lắng về độ an toàn của xe hydro?

Khi đánh giá khách quan, có thể khẳng định rằng: xe chạy bằng hydro hoàn toàn có thể đạt được mức độ an toàn tương đương, thậm chí cao hơn xe xăng hoặc diesel nếu được thiết kế và vận hành đúng tiêu chuẩn.

Các mối lo ngại truyền thống về khả năng cháy nổ đã được giải quyết thông qua những tiến bộ công nghệ, quy trình kiểm soát nghiêm ngặt và hệ thống cảm biến thông minh. Đồng thời, lợi ích môi trường mà loại xe này mang lại là rất đáng kể, đặc biệt trong bối cảnh ô nhiễm không khí đô thị ngày càng trầm trọng.

Vì vậy, thay vì lo ngại, người tiêu dùng nên tìm hiểu kỹ càng hơn về công nghệ này, tiếp cận thông tin chính xác và cân nhắc lựa chọn xe hydro như một giải pháp giao thông bền vững cho tương lai.