Làm xanh những gã khổng lồ: Làm thế nào để những giải pháp truyền động có thể thay đổi được máy móc hạng nặng

Chào Mào

02-04-2025

There must be a plan of action because delaying will be dangerous. Kingfisher is unsure if he is too worried, but every time he counts the fish in the pond, the number of fish seems to decrease. The hot and stressful weather also makes his feathers molt and grow slower. The situation seems life-threatening!

Trích “GHG Emissions”; Wild Wise Weird [1]

Các loại máy móc di động hạng nặng, không dùng cho đường bộ (non-road mobile machinery - NRMM) - bao gồm máy khai thác gỗ, xe ủi đất và máy kéo nông nghiệp - là những nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể, chiếm khoảng 9% lượng khí thải của Phần Lan trong Khu vực Chia sẻ Nỗ lực (Effort Sharing Sector - ESS) [2]. Khi các mục tiêu khí hậu toàn cầu, chẳng hạn như cam kết của Liên minh Châu Âu về đạt mức phát thải ròng bằng không vào năm 2050, ngày càng được chú trọng, nhu cầu giảm phát thải carbon cho các loại máy móc công nghiệp thiết yếu này đã trở nên cấp bách hơn bao giờ hết.

Trong một đánh giá toàn diện về 115 nghiên cứu được công bố từ năm 2010 đến năm 2024, Pesonen và cộng sự [2] đã xem xét tình hình hiện tại, những thách thức chính và triển vọng tương lai của năm công nghệ hệ thống truyền động thay thế: hybrid (kết hợp), chạy hoàn toàn bằng điện, nhiên liệu sinh học, khí sinh học và hydro. Đánh giá này không chỉ xem xét những lợi ích về môi trường của chúng mà còn cả Mức độ Sẵn sàng Công nghệ (Technology Readiness Levels - TRLs), cho thấy mức độ trưởng thành và tính khả thi của các công nghệ này để áp dụng rộng rãi.

Trong số các lựa chọn thay thế, hệ thống truyền động hybrid và chạy hoàn toàn bằng điện nổi lên là tiên tiến và đầy hứa hẹn nhất, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp. Hệ thống chạy hoàn toàn bằng điện cho thấy tiềm năng lợi ích môi trường cao nhất, không phát thải cục bộ và giảm tới 64% lượng khí thải trong toàn bộ vòng đời so với động cơ diesel thông thường. Tuy nhiên, việc triển khai chúng bị cản trở bởi các vấn đề như độ tin cậy của pin, chi phí cao và cơ sở hạ tầng sạc hạn chế - đặc biệt ở các môi trường xa xôi hoặc không có lưới điện [3]. Các công nghệ hybrid, kết hợp động cơ đốt trong với các bộ phận điện, mang lại khả năng tiết kiệm nhiên liệu đáng kể và giảm phát thải trong quá trình vận hành, nhưng mức giảm phát thải trong toàn bộ vòng đời của chúng vẫn ở mức vừa phải, khoảng 36%.

Nhiên liệu sinh học - chẳng hạn như dầu hạt cải - có thể giảm lượng khí thải trong quá trình vận hành, như CO2, NOx và hydrocarbon, từ 80-93% và đặc biệt phù hợp với bối cảnh nông nghiệp, nơi sản xuất tại chỗ thường khả thi [4]. Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi chúng bị hạn chế bởi những thách thức, bao gồm hiệu suất không ổn định, độ nhớt cao và độ tin cậy giảm khi thời tiết khắc nghiệt. Tương tự, công nghệ khí sinh học và hydro cho thấy nhiều hứa hẹn. Hydro không phát thải cục bộ trong quá trình vận hành, trong khi khí sinh học đã cho thấy mức giảm phát thải trong toàn bộ vòng đời lên tới 66% [5,6]. Tuy nhiên, cả hai đều phải đối mặt với những trở ngại đáng kể liên quan đến năng lực sản xuất hạn chế, chi phí cao và nhu cầu về cơ sở hạ tầng hỗ trợ.

Mặc dù có những lựa chọn thay thế khả thi cho máy móc hạng nặng chạy bằng diesel, nhưng việc triển khai rộng rãi chúng phụ thuộc vào việc giải quyết một loạt các thách thức về kỹ thuật, hậu cần và kinh tế. Điện khí hóa có vẻ đặc biệt hứa hẹn trong các môi trường công nghiệp có cơ sở hạ tầng đã được thiết lập, trong khi nhiên liệu sinh học có thể cung cấp các giải pháp tạm thời thiết thực hơn trong lâm nghiệp và nông nghiệp, nơi các hoạt động phân tán khiến việc điện khí hóa trở nên khó khăn hơn. Phát triển công nghệ pin, tăng cường sản xuất nhiên liệu tái tạo và phát triển các hệ thống cơ sở hạ tầng tích hợp là những ưu tiên hàng đầu để hiện thực hóa quá trình chuyển đổi này.

Việc giảm phát thải carbon cho máy móc hạng nặng không chỉ là một nỗ lực về công nghệ - nó thể hiện một sự chuyển đổi hệ thống rộng lớn hơn, phản ánh sự phụ thuộc lẫn nhau giữa tự nhiên và sự đổi mới của con người [8]. Khi máy móc của chúng ta phát triển, thì hệ thống năng lượng, chuỗi cung ứng và khuôn khổ chính sách của chúng ta cũng phải phát triển theo, tạo ra một con đường hướng tới một tương lai bền vững và tích hợp hơn.

Tài liệu tham khảo

[1] Vuong QH. (2024). Wild Wise Weird. https://www.amazon.com/dp/B0BG2NNHY6/

[2] Pesonen J, et al. (2025). Alternative powertrains and fuels in heavy non-road mobile machinery and their future expectations - A review. Current Forestry Reports, 11, 10. https://doi.org/10.1007/s40725-024-00244-2 

[3] Khan AU, Huang L. (2023). Toward zero emission construction: A comparative life cycle impact assessment of diesel, hybrid, and electric excavators. Energies, 16(16), 6025. https://doi.org/10.3390/en16166025 

[4] Balcı Ö, et al. (2020). Fuel consumption and emission comparison of conventional and hydrogen feed vehicles. International Journal of Hydrogen Energy, 46, 16250-16266. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.095 

[5] Baker P, et al. (2022). Decarbonisation of mobile agricultural machinery in Scotland– an evidence review. Edinburg Research Archive. http://dx.doi.org/10.7488/era/3047 

[6] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267