Tương lai của ngành công nghiệp pin gọi tên “Điện khí hoá máy bay”

Xu hướng này hiện đang tác động đến mọi ngành công nghiệp khác trên thế giới. Mô phỏng kỹ thuật đang đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp các kỹ sư hiểu và nắm bắt những lợi ích của điện khí hóa đối với các thiết kế sản phẩm của riêng họ.

Đặc biệt, nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng vọt cùng với những lo ngại về an ninh môi trường và năng lượng đã châm ngòi cho cuộc cách mạng điện khí hóa tiếp theo.

Tương lai của điện khí hóa

Để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng - đồng thời giải quyết các mối lo ngại về an ninh môi trường và năng lượng – các chính sách và biện pháp điều tiết mới cùng với đổi mới công nghệ đã châm ngòi cho cuộc cách mạng điện khí hóa tiếp theo.

Nhiều quốc gia đang đầu tư vào các công nghệ tái tạo ở các nhà máy điện để giảm phát thải nhà kính mà vẫn đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng.

Ngành công nghiệp ô tô đã tiên phong trong cuộc cách mạng này, thu hút cả sự chú ý và quan tâm của người tiêu dùng bằng cách chuyển từ động cơ đốt trong sang thiết kế hệ thống truyền động mới hỗ trợ xe hybrid (xe lai giữa động cơ đốt trong và động cơ điện) và xe điện hoàn toàn.

Tuy nhiên, hiện nay, điện khí hóa đã sẵn sàng tác động đến mọi ngành công nghiệp. Ngày càng có nhiều máy bay điện, thiết bị công nghiệp và nhà máy phát điện phân tán. Việc điện khí hóa các thiết kế sản phẩm truyền thống đang tạo ra một sự thay đổi lớn, dẫn đến đầu tư nghiên cứu và phát triển (R&D) bền vững, cũng như cải tiến và đổi mới sản phẩm.

Các phương pháp kỹ thuật mới tinh vi trong năm lĩnh vực chính liên quan đến thiết kế hệ thống điện, bao gồm:

Năng lượng điện

Máy điện

Các nguồn năng lượng như pin và pin nhiên liệu

Tích hợp hệ thống cơ điện

Phần mềm điều khiển

Mỗi ứng dụng sẽ gặp phải các vấn đề kỹ thuật cụ thể khác nhau. Nhưng tất cả các nhóm điện khí hóa đều có chung nhu cầu đổi mới một trong năm lĩnh vực này một cách nhanh chóng và hiệu quả. Các công ty trong mọi ngành công nghiệp cảm thấy áp lực khi phải tung ra các sản phẩm mới đột phá với các bộ phận chạy bằng điện trước đối thủ cạnh tranh với một mức giá hấp dẫn và áp lực này đang ngày càng tăng.

Các loại pin rẻ hơn - mạnh hơn có khả năng thống trị ngành sản xuất pin trong tương lai

Richard Wang, Giám đốc điều hành của công ty khởi nghiệp về pin Cuberg, Mỹ, đang cố gắng mang đến thế giới những loại pin nhẹ hơn, mạnh hơn. Ông nói, cách tốt nhất để phát triển ngành pin trong tương lai là điện khí hóa máy bay.

Công ty của Wang đang cố gắng sử dụng các kết hợp các vấn đề liên quan đến thành phần hóa học mới, tiên tiến nhất để phát triển loại pin tốt hơn so với pin lithium-ion vốn được sử dụng cho máy tính xách tay, điện thoại di động và xe điện.

Thực tế, trong ngành ô tô thế giới, có rất nhiều công ty đang cố gắng làm điều gì đó tương tự, mỗi công ty có một mức độ khác nhau về thành phần hóa học hoặc bước đột phá khoa học vật liệu. Và giống như các khái niệm về pin thế hệ tiếp theo khác, tế bào pin của Cuberg sẽ đắt hơn so với tế bào lithium-ion thông thường, ít nhất là ở giai đoạn đầu. Nhưng điểm khác biệt của Wang nằm ở ý tưởng của ông về cách tốt nhất để vượt qua rào cản đó và đưa công nghệ của mình trở thành xu hướng chủ đạo. Richard Wang muốn tập trung vào một lĩnh vực mà việc thúc đẩy điện khí hóa cho đến nay hầu như không chạm tới đó là máy bay.

Cuberg đang đặt cược vào thứ được gọi là pin kim loại lithium để thực hiện tham vọng của mình. Thay vì sử dụng than chì cho cực dương của pin, như hầu hết các loại pin lithium-ion thông thường, pin của Cuberg sử dụng lithium thể rắn. Wang cho biết mang lại hiệu suất cao hơn nhiều: 70% năng lượng trên mỗi đơn vị trọng lượng và thể tích so với pin lithium-ion tốt nhất có sẵn ngày nay, điều đó có nghĩa là máy bay điện có thể đi xa hơn rất nhiều và hữu ích hơn rất nhiều.

Tuy nhiên, pin của Cuberg sẽ cần rất nhiều lithium và để vượt qua sự cạnh tranh ngày càng tăng. Wang nói rằng việc tái chế sẽ phải lấp đầy khoảng trống khi hoạt động khai thác tăng lên.

Theo Wang, vấn đề ưu tiên hàng đầu của các công ty ô tô thực sự không phải là đưa loại pin thế hệ tiếp theo, tiên tiến nhất vào phương tiện của họ, ít nhất là không phải trong thời gian ngắn. Đó là bởi vì các công ty xe hơi làm việc với tỷ suất lợi nhuận thấp, họ phải đảm bảo rằng mọi thứ liên quan đến việc lắp ráp một chiếc ô tô đều ở dưới mức giá mà mọi người thực sự có thể mua được và ở mức đó họ vẫn có thể kiếm được lợi nhuận.

Trong khi đó, trong lĩnh vực hàng không, nhiên liệu là một trong những chi phí lớn nhất của các hãng hàng không. Khi những tiến bộ tiên tiến được đưa vào sử dụng, chẳng hạn như các thành phần sợi carbon giúp tiết kiệm trọng lượng, trước đây họ sẵn sàng trả chi phí trả trước cao hơn cho máy bay nếu điều đó giúp họ tiết kiệm tiền trong tương lai. Điều đó có nghĩa các hãng hàng không có xu hướng tiếp cận vào công nghệ mới nhanh hơn các công ty xe hơi.

Ngành hàng không đang rất cần các giải pháp khử cacbon vì ngành hàng không chiếm khoảng 2% tổng lượng phát thải khí nhà kính của nhân loại. Hiện tại, có rất ít lựa chọn dễ dàng và hầu hết các giải pháp khắc phục carbon tiềm năng, như cái gọi là “nhiên liệu hàng không bền vững” được làm từ sinh khối hoặc CO2 thu được, sẽ khó triển khai trên quy mô lớn.

Các đề xuất cung cấp năng lượng cho máy bay bằng điện cũng đang ở giai đoạn sơ khai và những chiếc máy bay như vậy sẽ có tầm hoạt động hạn chế so với máy bay chạy bằng nhiên liệu hóa thạch.

Công ty Cuberg có thể sẽ bắt đầu xuất hiện trên thị trường thương mại vào khoảng năm 2026 và có thể bắt đầu có tác động khử cacbon lớn. Với công nghệ pin hiện tại, những chiếc taxi bay lơ lửng mà các nhà công nghệ hy vọng sẽ sớm trở nên phổ biến có thể sẽ chỉ có phạm vi hoạt động khoảng 120 km, trong khi đại diện của Cuberg nói rằng pin của họ sẽ đưa cùng một chiếc máy bay đi xa gấp đôi.

Một chiếc máy bay điện không khí thải có thể bay xa hơn 480km, trong khi tầm hoạt động của máy bay điện hybrid thậm chí còn dài hơn. Theo Wang, tất cả những điều đó sẽ giúp cắt giảm lượng khí thải từ các chuyến bay đường ngắn của Mỹ. Những chuyến bay điện đó sẽ có lượng khí thải tương tự như lái một chiếc ô tô điện, cũng có thể giúp lấp đầy những ngóc ngách khác.