Ang mga Hydrogen Fuel Cell ba ang Hinaharap ng mga EV?

Ang pag-aampon ng mga battery electric vehicle (BEV) sa Hilagang Amerika ay tila nagkaroon ng balakid.  Sa dahilang mababang halaga sa muling pagbebenta, magastos na gastos sa pag-aayos, at humihina na imprastruktura, ang benta ay bumagal nang malaki.  Mayroon pang mga pagbabago sa desisyon ng malalaking kumpanya ng pagrenta tulad ng Hertz na nagpasya na ibenta ang malaking bahagi ng kanilang mga EV sa fleet, bumabalik sa kanilang mga internal combustion engine (ICE) na katapat.

Bagaman ganito ang kalagayan, magiging baliw ang pag-iisip na ang paglipat mula sa isang napakalaganap na teknolohiya tulad ng ICE ay magaganap nang walang kahirap-hirap. Palagi nang magkakaroon ng mga setback, at palagi ring may mga makatuwirang tanong na itataas sa daan hinggil sa mga kahalagahan ng mga EV.

Sa huli, ang paglipat patungo sa mga EV ay hindi lamang kagustuhan ng iilan; ito ay pangangailangan ng marami sa pakikipaglaban sa pagbabago ng klima.  Gayunpaman, kung ang kasalukuyang henerasyon ng mga EV ay hindi sapat, anong iba pang mga opsyon ang meron tayo?  Para sa marami, ang sagot ay isang ideyang pinag-iisipan na sa loob ng maraming taon at kamakailan lamang nakaranas ng mahahalagang pag-unlad – ang Hydrogen Electric Vehicles (HEVs).

Pagpapabuti ng Katatagan ng Hydrogen Fuel Cells

Sa isang kamakailang pag-aaral¹, isang pinagsamang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Harvard at Incheon National Universities ang nagdetalye ng bagong pamamaraan sa paggawa ng hydrogen fuel cells na magreresulta sa parehong pinabuting katatagan at mas mahabang buhay.

Lalo pang partikular, nakita sa pag-aaral ang pagbuo ng isang “kategorya ng fatigue‑resistant electrolyte membranes, na binubuo ng isang interpenetrating network ng Nafion at perfluoropolyether (PFPE).” Nang magamit, napansin na ang karaniwang pagkapagod, na nagpapakita bilang stress fractures na nangyayari sa regular na paggamit ng mga fuel cell, ay maaaring mabawasan nang malaki.

Sa pamamagitan ng pag-incorporate ng materyal sa mga electrolyte membrane sa loob ng isang fuel cell, ipinakita ng pag-aaral na itinaas nito ang “…fatigue threshold ng 175% at pinalawig ang buhay ng fuel cell ng 1.7 beses. Bukod pa rito, ang hindi binagong Nafion membrane ay may buhay na 242 oras, samantalang ang composite membrane ay naobserbahan na may buhay na 410 oras.”

Bagaman binanggit ng koponan na ang pagpapakilala ng materyal na ito ay bahagyang nagbaba ng performance ng mga fuel cell, ang napakalaking pagbuti sa katatagan/pagkatagal ay malinaw na kapaki-pakinabang na kapalit. Sa hinaharap, kung inaasahang papalitan ng hydrogen fuel cells ang kanilang mga katapat na battery pack sa sektor ng EV, ito ang mga uri ng pag-unlad na kailangang gawin. Gayunpaman, mahalagang tandaan na ang pinakamahusay na teknolohiya ay hindi palaging nagwawagi. Ang bentahe ng unang gumalaw ay totoo, at ang mga battery‑powered EV ay malinaw na nangunguna, sa kabila ng kamakailang pagbagsak ng merkado.

Ano ang Hydrogen Electric Vehicles (HEVs)?

Ang isang electric vehicle ay isang sasakyan na umaasa sa mga motor na pinapagana ng kuryente sa halip na isang makina na pinapagana ng nasusunog na gasolina.  Sa kasalukuyan, ang napakalaking bahagi ng mga electric vehicle ay gumagamit ng mabibigat na battery pack upang mag-imbak at maghatid ng kuryente para patakbuhin ang mga motor na ito.  Tulad ng nabanggit, may isa pang pamamaraan sa mga EV na tila kumukuha ng atensyon – ang hydrogen fuel cells.

Sa Hydrogen Electric Vehicles (HEVs), na minsang tinatawag na Fuel Cell Electric Vehicles (FCEVs), ang kuryenteng kinakailangan upang patakbuhin ang motor(s) ay ibinibigay sa pamamagitan ng isang electrochemical reaction kung saan ang hydrogen, na nakaimbak bilang likido o compressed gas, ay hinahati sa mga proton at electron.  Ang buong proseso ay ganito ang takbo:

1. Ang hydrogen na nakaimbak sa mataas na presyon na tangke ay inilalabas kapag kailangan papunta sa fuel cell.
2. Ang hydrogen na inilalagay sa fuel cell ay hinahati sa mga proton at electron.
3. Ang mga electron ay ginagamit upang patakbuhin ang mga motor, na nagmamaneho sa mga gulong.
4. Ang mga proton ay nagsasama sa oxygen sa hangin, na nagbubuo ng dalawang by‑product: init & singaw ng tubig.

Kagiliw-liw, ilang piling hybrid HEVs ang gumagamit ng mas maliit na battery pack upang makuha ang nawalang enerhiya sa pamamagitan ng regenerative braking, pinagsasama ang pinakamagandang katangian ng dalawang mundo.

Ano ang Kahalagahan ng Hydrogen?

Ang mga benepisyo sa likod ng mga HEV ay iba‑iba ngunit mahalaga, gayundin ang mga battery‑powered EV.  Kaya, habang ang mga battery‑powered na variant ay kasalukuyang namamayani sa merkado, hindi pa ito itinuturing na tiyak na panalo.  Sa katunayan, bawat isa sa mga sumusunod na salik ay nagpapakita na ang mga HEV ay mas mahusay sa ilang aspeto.

Pagbuo at Imbakan: Ang mga battery pack ay karaniwang binubuo ng mga materyales na kinukuha sa malalaking, mapangahas na operasyon ng pagmimina na sumisira sa mundo, na sumisira sa premise na ang kanilang paggamit ay mabuti para sa kapaligiran.  Ang hydrogen, sa kabilang banda, ay maaaring makuha sa pamamagitan ng mga paraan tulad ng napapanatiling electrolysis at posibleng natural na reserba.

Dagdag pa rito, madaling ma‑compress ang hydrogen sa likido at maipadala nang walang problema sa napakalaking dami.  Hindi ito nangangailangan ng mga transmission line mula sa punto ng paglikha, na ginagawang mas flexible ang proseso.

Pagganap: Mula sa pananaw ng pagganap, wala namang malaking pagkakaiba sa pagitan ng mga HEV at BEV.  Parehong uri ng sasakyan ang gumagamit ng mga motor upang patakbuhin ang kanilang mga gulong, kaya pareho silang makikinabang sa instant torque at output na katangian ng teknolohiyang ito.

Emisyon: Sa usapin ng emisyon, maaaring mas maganda ang hydrogen.  Bagaman ito ay teknikal na isang secondary emitter, ito ay naglalaman lamang ng singaw ng tubig na lumalabas sa tailpipe.  Samantala, ang mga BEV ay walang emisyon kahit papaano.  Ang pagkakaiba ng hydrogen ay nasa proseso ng paggawa, dahil ang mga battery pack na iniiwasan nito ay nangangailangan ng masalimuot na pagmimina na sumisira sa mundo.

Pag-refuel: Ang pag‑refuel ay isa sa pinakamalaking atraksyon ng hydrogen, dahil ito ay isang salik na haharapin ng mga end‑user nang regular.  Habang ang mga BEV ay karaniwang nangangailangan ng mahabang oras ng pag‑charge at espesyal na imprastruktura, ang mga HEV ay maaaring mag‑refuel nang kasing bilis ng karaniwang sasakyang gasolina/diesel.

Saklaw: Bagaman ang teknolohiya ng baterya ay patuloy na umuunlad, para sa isang BEV na maabot ang parehong saklaw ng tradisyonal na ICE, kinakailangan ng napakalaking battery pack.  Nagdudulot ito ng mas mahabang oras ng pag‑charge, mas malaking bakas sa kapaligiran, at pagkawala ng kahusayan dahil sa bigat.  Ang hydrogen, sa kabilang banda, ay nag-aalok ng mga numero ng saklaw na karaniwang katumbas ng ICE, na inaalis ang range anxiety nang lubusan.

Malalamig na Klima: Bahagi ng range anxiety na kinahaharap ng mga may‑BEV ay dulot ng rehiyon.  Kaunting lugar lamang ang may perpektong kondisyon ng klima para sa isang BEV, na nagreresulta sa malakihang pagbaba ng saklaw para sa maraming customer.  Bagaman ang hydrogen ay nawawalan ng kaunting saklaw sa malamig na panahon, hindi ito kasing dramatiko, kaya mas kaakit‑akit ito para sa marami.

Makikita mo, may iba’t ibang kritikal na larangan kung saan maaaring higitan ng mga HEV ang kanilang mga battery pack na variant. Ang kanilang kahinaan ay nasa komplikasyon, pangangailangan ng retrofitting ng umiiral na imprastruktura ng pag‑refuel, at ang posibleng pagdating ng solid‑state batteries.

Mga Manlalaro sa Industriya na Nagde-develop ng mga Solusyon sa Hydrogen

Maaaring nakararanas ang industriya ng EV ng ilang mga pag-urong sa kasalukuyan, ngunit malinaw na sila ang hinaharap ng transportasyon.  Ang hindi pa malinaw ay kung anong anyo ang magiging anyo ng mga EV.  Magiging baterya ba ang kanilang pinagmumulan? O aasa ba sila sa mga hydrogen fuel cell?  Ang sumusunod na pares ng mga kumpanya ay naglalagay ng taya sa huli at nagsimulang magplano para sa ganitong hinaharap.

*Ang mga numerong ibinigay sa ibaba ay tama noong panahon ng pagsulat at maaaring magbago.  Dapat i-verify ng anumang potensyal na mamumuhunan ang mga sukatan*

1. Toyota

Bilang pinakamalaking tagagawa ng sasakyan sa buong mundo, hindi nakapagtataka na pumasok ang Toyota sa larangan ng mga HEV.  Kapansin‑panabik, habang aktibong nagde‑develop ang kumpanya ng mga solusyon sa solid‑state battery, tumutol ang Toyota sa mga battery EV ng kasalukuyan.  Sa halip, ipinahayag ng Toyota na naniniwala itong mas maliwanag ang hinaharap kasama ang mga HEV at pati na rin ang mga Hydrogen Combustion engine.

Kapansin‑panabik, nagsimulang mag‑develop ang Toyota ng teknolohiyang HEV noong 1992, na humantong sa paglulunsad ng ‘Mirai’ – isang sedan na may 5‑minutong pag‑refuel, 650km na saklaw, at zero na mapanganib na emisyon.

2. Plug Power

(PLUG )

Ang Plug Power Inc., na itinatag noong 1997 at nakabase sa Latham, New York, ay nananatiling pangunahing manlalaro sa pagpapalago ng teknolohiyang hydrogen fuel cell.  Kapansin‑panabik, hindi nakatuon lamang ang Plug Power sa mga sasakyan; dinisenyo at ginagawa ng kumpanya ang mga sistemang ito para sa mas maliliit na instalasyon na gumagamit ng mga electric motor.

Sa mga nagdaang taon, pinalawak ng Plug Power ang pokus nito lampas sa mga fuel cell para sa material handling at nagsimulang targetin ang mas malawak na merkado.  Kabilang dito ang mga stationary power system, mga fleet ng delivery vehicle, at kahit posibleng aplikasyon sa aviation.  Ang mga estratehikong pag‑acquire ng kumpanya, tulad ng United Hydrogen at Giner ELX, ay higit pang nagpapatibay ng posisyon nito sa hydrogen economy sa pamamagitan ng pagpapalakas ng kakayahan sa hydrogen generation, liquefaction, at distribution.

Huling Salita

Sa pagbagal ng mga battery EV, mas maraming atensyon ang inilalagay sa mga posibleng alternatibo.  Sa kasalukuyan, ang mga solusyon sa hydrogen ay nasa unahan, at bagaman madaling balewalain ang teknolohiya sa unang tingin, tandaan na hindi lamang Toyota ang nagtutulak para sa hydrogen.  Mayroon nang mga partnership at pag‑develop ng mga solusyon sa hydrogen kasama ang mga kumpanya tulad ng Honda, GM, Hyundai, at iba pa.

Sa patuloy na pagtaas ng access sa napapanatiling hydrogen araw‑araw, maaaring magmukhang bahagyang iba ang hinaharap ng mga EV kaysa sa inaasahan ng marami.

Mga Pag-aaral na Binanggit:

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, D. Y., Lee, W. Y., Choi, W., Kim, D. J., Lee, S. H., Jeong, S. K., Park, J. H., Park, S., & Kim, J. Y. (2024). Mga Membrana ng Electrolyte na Resistente sa Pagkapagod para sa Matibay na Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells. Advanced Materials, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}