Xe ô tô lai ghép - phương tiện vận chuyển tương lai

Sử dụng vật liệu lưu trữ nhiệt năng để thu hồi nhiệt

Theo hướng phát triển này, Công ty MDI, có trụ sở tại Luxembourg đã vượt qua một chặng đường dài trong quá trình phát triển, đạt được những kết quả khả quan và cam kết sẽ sớm tung ra xe khí nén AirPod 2.0 không xả thải gây ô nhiễm môi trường.

Xe khí nén AirPod 2.0 của Công ty MDI.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Đại học Ontario, Canada, nghiên cứu kỹ lưỡng khái niệm năng lượng khí nén cho ô tô chở khách và có được những kết quả ấn tượng.

GS Ibrahim Dincer, Viện Công nghệ Đại học Ontario cho biết, ngay cả trong những giả định rất lạc quan, chiếc xe chạy bằng khí nén kém hiệu quả hơn nhiều so với xe điện chạy bằng pin, tạo ra nhiều khí thải nhà kính hơn một chiếc xe chạy bằng khí đốt thông thường với hỗn hợp than hoạt tính.

Từ nhận thức này, nhóm nghiên cứu của GS Dincer, cùng TS Reza Alizade Evrin phát triển một nguyên mẫu xe ô tô, sử dụng vật liệu lưu trữ nhiệt năng để thu hồi nhiệt. Những công nghệ hiện nay hoạt động nhưng không thu hồi nhiệt năng tỏa ra môi trường.

Theo GS Dincer, mật độ năng lượng trong khí nén rất thấp so với những nguồn năng lượng tái tạo khác, hiệu suất cũng thấp hơn, khoảng 50%, do chuyển đổi thành năng lượng nhiệt trong quá trình nén khí và giải nén.

Hiệu quả thấp chủ yếu là do không khí nóng lên do ma sát trong quá trình nén và lạnh đi khi xả. Nhiệt lượng thải ra, chiếm một phần lớn năng lượng đầu vào, đi vào khí quyển.

Những lợi thế tiềm năng về môi trường hình thành sự quan tâm của cộng đồng đối với phương tiện chạy bằng khí nén. Công nghệ này vẫn xa vời nhưng không ngăn cản được các nhà phát minh tập trung nghiên cứu.

Giao thông đô thị trong tương lai

Các nhà khoa học Evrin, Dincer và đồng nghiệp phát triển một xe ô tô mới dựa trên những nghiên cứu mới nhất nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng khí nén.

Công trình nghiên cứu hướng tới việc chế tạo nguyên mẫu xe ô tô, sử dụng các bộ phận, chi tiết có sẵn trên thị trường, thử nghiệm trong những điều kiện khác nhau nhằm đánh giá hiệu suất của xe.

Mục đích của công trình nghiên cứu là phát triển và khám phá những giới hạn nhiệt động lực học, đưa ra những giải pháp mới cho ứng dụng khí nén trong việc phát triển các xe ô tô thương mại.

Hệ thống động lực mới do các nhà khoa học phát triển bao gồm hệ thống thứ cấp khí nén mới, tích hợp với vật liệu chuyển pha “Phase-change Material” (PMC) nhằm thu hồi nhiệt năng, sử dụng để sản xuất điện năng.

Nguyên mẫu xe ô tô thử nghiệm sử dụng khí nén và hấp thụ nhiệt năng.

3 vật liệu chuyển pha khác nhau (PMC) là hỗn hợp polyetylenglycol, parafin và ankan được nghiên cứu để thu hồi nhiệt năng, trong đó parafin cho kết quả tốt nhất. Sử dụng hệ thống động lực này, hiệu suất năng lượng của xe chạy bằng khí nén đạt gần 60%, phạm vi lái dự đoán đạt 140 km sau một lần nạp.

Bằng giải pháp mới này, các nhà nghiên cứu chứng minh được, ý tưởng về một xe ô tô khí nén thực sự có thể là một giải pháp thay thế khả thi cho hệ thống giao thông không xả thải carbon.

GS Dincer cho biết, nếu giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình nén và giải nén khí, nâng cao tỷ lệ sử dụng năng lượng khí nén, hiệu suất chuyển đổi năng lượng và quãng đường xe chạy có thể cạnh tranh được với những xe ô tô truyền thống.

Một xe ô tô sử dụng hệ thống động lực lai ghép khí nén-đốt trong hoàn toàn khả thi về công nghệ, không tốn kém và có thể cạnh tranh với các xe hybrid (lai ghép) chạy điện.

Sơ đồ động cơ lai ghép khí nén và đốt trong.

Các phương tiện vận tải lai ghép (hybrid), tương tự như khí nén-hydro hoặc điện khí nén như xe AirPod của MDI sẽ là một giải pháp khả thi để có được hệ thống giao thông vận tải sạch.

Những chiếc xe lai ghép khí nén - năng lượng tái tạo này sẽ chạy chủ yếu bằng khí nén trong thành phố nhằm giảm lượng khí thải gây ô nhiễm, chạy bằng hydro hoặc pin điện trên đường cao tốc nhằm tăng phạm vi hoạt động.

Theo các nhà khoa học, ngay từ bây giờ cần tiến hành những nghiên cứu cải tiến thiết kế hệ thống xe lai ghép khí nén với các nguồn năng lượng khác. Ngoài ra, cần nghiên cứu chi tiết hơn để ứng dụng hệ thống lai ghép cho các chủng loại xe hạng nặng.