Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô toàn cầu đang chạy đua quyết liệt hướng tới tương lai không phát thải, Toyota – một trong những nhà sản xuất xe hơi lớn nhất và lâu đời nhất thế giới – lại chọn một con đường khác biệt: đặt cược lớn vào công nghệ xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro (FCEV), mà biểu tượng là chiếc Toyota Mirai.
Tuy nhiên, nhìn lại những gì đã diễn ra trong thập kỷ qua, rõ ràng đây là một "canh bạc" đầy rủi ro, và hiện tại, có thể xem là một thất bại nặng nề về mặt thương mại. Cho đến tận hiện nay, Toyota vẫn chưa dám bước tiếp cho dòng sản phẩm mang tính “độc lạ” này.
Khi hầu hết các đối thủ lớn như Volkswagen, General Motors, hay Tesla dồn toàn lực vào xe điện chạy pin (BEV), Toyota vẫn kiên định với tầm nhìn về một "xã hội hydrogen". Họ tin rằng xe FCEV với ưu điểm nạp nhiên liệu nhanh và phạm vi hoạt động xa sẽ là lời giải tối ưu cho bài toán di chuyển xanh.
Hydrogen được chứa trong bình áp suất cao, khi kết hợp với oxy từ không khí trong bộ pin nhiên liệu (fuel cell stack), xảy ra phản ứng hóa học sinh ra điện năng cho mô-tơ điện và chỉ thải ra hơi nước (H₂O) mà không phát sinh CO₂ hay các khí độc hại khác.
Vậy là dòng xe Toyota Mirai xuất xưởng thế hệ đầu tiên vào năm 2014 và thế hệ thứ hai vào năm 2020, được giới thiệu với khả năng đi tới 500 km chỉ với vài phút đổ đầy hydrogen, đồng thời thải ra duy nhất nước tinh khiết, thể hiện tầm nhìn đột phá về môi trường. Toyota còn hợp tác cùng BMW và Hino để mở rộng công nghệ này, thể hiện quyết tâm dẫn đầu kỷ nguyên hydrogen.
Không thể phủ nhận những ưu điểm công nghệ của Mirai. Chiếc xe này chỉ thải ra hơi nước sạch, hoàn toàn không có khí thải độc hại. Thời gian nạp đầy bình hydro chỉ mất vài phút, nhanh chóng như đổ xăng và vượt trội so với thời gian sạc pin của BEV. Phạm vi hoạt động hơn 600km cũng là con số đáng nể. Về mặt kỹ thuật, Toyota đã tạo ra một sản phẩm xuất sắc.
Mặc dù Toyota kỳ vọng bán hàng trăm ngàn chiếc Mirai mỗi năm, thực tế tính đến cuối năm 2023 chỉ có khoảng 14.105 xe được giao đến tay khách hàng toàn cầu trong 8 năm.
Năm 2023, doanh số Mirai tăng 31 % so với năm trước đó nhưng con số tuyệt đối chỉ dừng ở 2.737 xe, quá thấp so với mục tiêu 200.000 xe/năm mà Toyota đề ra cho năm 2030. Đây là một khoảng cách lớn giữa tham vọng và hiện thực thương mại.
Doanh số của Toyota Mirai là một bằng chứng không thể chối cãi cho thất bại này. Trong khi các mẫu xe điện bán ra hàng triệu chiếc mỗi năm, Mirai chỉ đạt được con số vài nghìn chiếc trên toàn cầu. Nhiều chủ xe đã bày tỏ sự thất vọng, thậm chí đâm đơn kiện hãng vì những lời hứa hão huyền về cơ sở hạ tầng.
Một trong những rào cản lớn nhất của FCEV chính là hạ tầng trạm nạp hydrogen. Không giống EV có thể sạc tại nhà, FCEV như Mirai phụ thuộc hoàn toàn vào trạm hydro. Tuy nhiên mỗi quốc gia cần đầu tư hàng tỷ USD để triển khai mạng lưới này – điều không khả thi trong ngắn hạn.
Đến cuối năm 2024, thế giới chỉ mới có khoảng 1.160 trạm hoạt động, chủ yếu tập trung tại châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc và Bắc Mỹ, 45 quốc gia còn lại chưa có hoặc mới xây dựng giai đoạn đầu.
Ở nhiều vùng, trạm nạp cách nhau hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm km, khiến người dùng Mirai thường gặp cảnh “cháy” xe giữa đường hoặc phải di chuyển xa hàng chục dặm chỉ để nạp hydrogen
Thậm chí các trạm này lại thường xuyên gặp sự cố, hết hydro, hoặc không tương thích, biến việc đổ đầy bình thành một cuộc phiêu lưu đầy may rủi. Người dùng đã phải vật lộn với những hành trình dài tìm trạm, thậm chí bị mắc kẹt khi xe hết nhiên liệu. Trong khi đó, mạng lưới trạm sạc cho xe điện BEV phát triển như nấm sau mưa, từ sạc tại nhà đến các trạm sạc nhanh công cộng, tạo sự tiện lợi vượt trội.
Công đoạn điện phân nước để tạo hydrogen “xanh” tiêu tốn khoảng 270–300 kJ/mol, trong khi pin nhiên liệu chỉ chuyển hóa khoảng 55–60% năng lượng đó thành điện. Nếu cộng thêm hao hụt từ động cơ điện và truyền động, hiệu suất “từ nguồn tới bánh xe” (well-to-wheel) chỉ khoảng 35% so với gần 80% của BEV.
Bên cạnh đó, giá thành đầu vào của hydrogen vẫn rất cao (khoảng 10–15 USD/kg ở nhiều khu vực), dẫn tới giá đổ đầy bình cho Mirai (50-80 USD/bình) sau khi hết 15.000 USD hydrogen miễn phí ban đầu có thể cao ngang hoặc hơn xăng dầu thông thường.
Ngoài ra, để đạt mật độ năng lượng đủ cho tầm hoạt động xa, bình H₂ trên FCEV như Mirai phải chịu áp suất lên tới 700 bar đòi hỏi bình chịu áp lực cao và hệ thống cảm biến phức tạp để ngăn rò rỉ.
Xin được nhắc rằng phạm vi cháy của hydrogen trong không khí rất rộng (4–75 %) và ngưỡng đánh lửa chỉ khoảng 0,02 mJ, cao hơn so với 0,25–0,3 mJ của xăng hoặc khí thiên nhiên, khiến rủi ro cháy nổ luôn hiện hữu.
Điều này làm tăng chi phí và yêu cầu kỹ thuật về vật liệu chịu lực và van an toàn, cũng như gây khó khăn cho bảo trì, sửa chữa.
Khi nạp hydrogen ở áp suất cao (70 MPa), khí hydro phải được làm lạnh xuống khoảng −40 °C đến −33 °C theo tiêu chuẩn SAE J2601 để tránh quá nhiệt bình chứa.
Nhiệt độ vòi bơm rất thấp, khiến hơi ẩm trong không khí ngưng tụ và đóng băng ngay trên bề mặt vòi và cổng nạp của xe, gây kẹt vòi vào cổng nạp, khiến khách hàng gặp khó khăn nếu không có hệ thống sưởi hoặc bọc bảo ôn chuyên dụng. Những yếu tố này cũng làm tăng chi phí vận hành và giảm trải nghiệm người dùng.
Rõ ràng công nghệ pin nhiên liệu vẫn còn rất đắt đỏ, đẩy giá thành của Mirai lên mức không thể cạnh tranh. Giá thành xe FCEV (do chứa bộ pin nhiên liệu platinum đắt tiền và bình chứa chịu áp lực cao) cũng ở mức 50.000–60.000 USD, cao hơn đáng kể so với một số BEV cùng phân khúc.
Mặc dù Toyota đã cố gắng hỗ trợ bằng việc cung cấp hydro miễn phí trong thời gian đầu, nhưng sau đó giá hydro lại tăng vọt khiến bài toán kinh tế trở nên phi lý.
Mirai còn phải đối mặt với ấn tượng ban đầu về giá cao và hiệu năng nhạt nhòa, khách hàng thử lái nhận xét rằng trải nghiệm không khác biệt đáng kể so với một EV tầm trung.
Marketing hướng tới công nghệ tương lai nhưng thiếu câu chuyện cảm xúc mạnh mẽ, khiến Mirai khó cạnh tranh với hào quang của Tesla hay các mẫu SUV điện đa dụng. Toyota cũng chậm chạp trong việc tung ra các phiên bản crossover hay hatchback FCEV để mở rộng lựa chọn.
Vậy là trong khi Toyota mải mê với hydro, các nhà sản xuất khác đã nhanh chóng bắt kịp và vượt lên trong cuộc đua xe điện chạy pin lithium-ion (BEV). Tesla tiên phong mở đường, theo sau là các gã khổng lồ châu Âu, Mỹ và Trung Quốc liên tục ra mắt các mẫu xe điện với giá cả phải chăng hơn, phạm vi hoạt động tốt hơn và quan trọng nhất là một hệ sinh thái sạc ngày càng hoàn thiện.
Từ năm 2019 đến 2024, số trạm sạc EV đã vượt con số 2 triệu, tăng gấp hàng trăm lần so với hạ tầng hydrogen. Các chính sách khuyến khích, ưu đãi thuế và xây dựng trạm sạc nhanh của chính phủ Mỹ, EU, Trung Quốc đều tập trung vào BEV, khiến FCEV mất dần sự ưu tiên.
Người tiêu dùng dần nhận ra sự tiện lợi và chi phí vận hành thấp hơn của BEV, khiến FCEV trở thành một lựa chọn "ngách" đến mức đáng thương.
Sự “thất bại” của Mirai không hoàn toàn chỉ trích công nghệ, mà nằm ở chiến lược tung sản phẩm quá sớm khi hạ tầng và chi phí chưa sẵn sàng, đồng thời thiếu sự đồng bộ chính sách. Tuy nhiên đây lại được coi là canh bạc táo bạo khi thách thức các định luật vật lý.
Thất bại của Mirai không có nghĩa là công nghệ hydro hoàn toàn vô vọng. Trên thực tế, hydro vẫn có tiềm năng lớn trong các ứng dụng đặc thù như xe tải, xe buýt, tàu hỏa, hoặc các ngành công nghiệp nặng, nơi mà việc nạp nhanh và mật độ năng lượng cao là yếu tố then chốt. Toyota cũng đang điều chỉnh chiến lược của mình, đẩy mạnh phát triển các dòng xe BEV và hybrid bên cạnh việc tiếp tục nghiên cứu hydro cho các ứng dụng chuyên biệt.
Trên thực tế, nước đi của Totoya từng được kỳ vọng là thách thức vật lý khi nhiều người nhầm lẫn hãng phát triển động cơ chạy bằng nước. Dẫu vậy, nước (H2O) không thể dùng làm nhiên liệu trực tiếp theo cách mà xăng hay hydro được dùng, vì nó là sản phẩm cuối của quá trình đốt cháy/phản ứng năng lượng.
Nước là một hợp chất rất ổn định, là kết quả của phản ứng giữa hydro và oxy. Để phân tách nước trở lại thành hydro và oxy, bạn cần cung cấp năng lượng. Điều này giống như việc bạn không thể dùng tro để đốt lửa, vì tro là sản phẩm cuối cùng của quá trình cháy.
Theo “Định luật bảo toàn năng lượng”, năng lượng không tự nhiên sinh ra hay mất đi. Để phân tách nước thành hydro và oxy, bạn phải cung cấp một lượng năng lượng lớn hơn hoặc bằng lượng năng lượng sẽ được giải phóng khí hydro và oxy kết hợp lại. Nếu nước có thể tự sinh ra năng lượng khi "đốt", nó sẽ vi phạm định luật bảo toàn năng lượng.
Tóm lại, mặc dù nước là một nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất hydro, nhưng bản thân nước không phải là nhiên liệu. Nó là một "chất mang năng lượng" tiềm năng (thông qua hydro được chiết xuất từ nó), chứ không phải là nguồn năng lượng trực tiếp.
Quay trở lại với Toyota Mirai, mặc dù FCEV không phát thải tại ống xả, nhưng phần lớn hydro được sản xuất hiện nay (hydro xám) là từ khí tự nhiên hoặc nhiên liệu hóa thạch, tạo ra một lượng lớn khí thải carbon trong quá trình sản xuất.
Điều này làm giảm đáng kể lợi ích môi trường tổng thể của xe FCEV so với mong đợi. Để thực sự "xanh", cần phải có "hydro xanh" được sản xuất từ năng lượng tái tạo, nhưng công nghệ này vẫn còn đắt đỏ và chưa phổ biến.
Bên cạnh đó như đã phân tích, để sản xuất hydro (đặc biệt là điện phân nước), vận chuyển và nén nó đòi hỏi một lượng năng lượng đáng kể. Tổng hiệu suất từ nguồn năng lượng ban đầu (ví dụ: điện từ nhà máy) đến động năng ở bánh xe của FCEV thấp hơn nhiều so với xe điện chạy pin (BEV). Điều này có nghĩa là lãng phí năng lượng tổng thể cao hơn.
Rõ ràng "canh bạc hydro" của Toyota là một lời nhắc nhở đắt giá rằng, ngay cả những tầm nhìn công nghệ tiên phong nhất cũng cần phải gắn liền với thực tế về cơ sở hạ tầng, chi phí và sự chấp nhận của thị trường. Trong cuộc đua tiến tới tương lai xanh, linh hoạt và thích ứng sẽ là chìa khóa, chứ không phải sự kiên định mù quáng với một con đường duy nhất.
*Nguồn: Tổng hợp
.jpg "Vụ dầu ăn chăn nuôi 'hô biến' cho người: Kinh nghiệm '3 đúng' cần biết")
.jpg "Doanh nghiệp \"mở màn\" công nghệ tuần hoàn kín đầu tiên tại Việt Nam")
