在前不久結束的2024年德國漢諾威車展上，氫能發動機聯盟攜手康明斯、曼恩、博世等行業夥伴共同強調，氫内燃機将在全球脫碳程序中發揮重要作用。此外，與其他零碳技術相比，氫内燃機技術在初期投資成本上更具經濟優勢。
氫内燃機備受關注
在全球節能減排的大趨勢下，交通運輸行業加快推進減碳、脫碳程序已迫在眉睫。氫能作為推動能源轉型更新的關鍵要素，圍繞氫燃料進行多元化技術研發，已成為商用車和内燃機企業競逐的焦點。其中，氫内燃機不但能滿足減排要求，而且在使用成本上可與傳統内燃機相媲美。這一獨特優勢，使其在衆多新能源動力技術競争中脫穎而出，成為衆多企業優先采納的解決方案。
目前，歐洲正全力推進氫能動力産業發展，衆多商用車制造商均在關注或已開始對氫内燃機進行可行性研究。它們普遍認為，氫内燃機是一種實作門檻相對較低且兼具成本效益的優選方案。
此外，美國動力裝置制造巨頭康明斯已啟動氫燃料内燃機（H2-ICE）計劃，該項目聚焦于6.7升中型及15升重型氫内燃機的研發。康明斯全球道路和皮卡業務副總裁Jane Beaman表示，氫内燃機依托于行業數十年來成熟且經過驗證的内燃機技術，為全球實作零排放目标提供強有力支撐。氫内燃機不僅在外觀上與傳統發動機相似，其零部件也與目前車輛所使用的零部件高度相容，這極大簡化了車輛制造商的內建過程，降低複雜性。更重要的是，氫内燃機可使用零碳氫燃料，實作極低排放，是助力全球達成碳減排目标的一項關鍵技術。
除歐美商用車企業加快布局研發氫内燃機技術外，大陸整車及零部件企業也在該領域取得突破性進展。例如，一汽解放自主研發的國内首款重型商用車缸内直噴氫氣發動機已實作穩定運作，運轉功率超368kW，訓示熱效率突破55％；中國重汽與濰柴動力聯合推出的配裝13升氫内燃機的重型卡車，發動機有效熱效率達41.8％；氫成綠動新能源自主研發的氫内燃機已成功實作點火運作，并建成國内首台（套）可連續不中斷運轉500小時的氫内燃機測試台架。此外，由玉柴自主研制的燃氫發動機YCK16H熱效率突破45％，最大輸出功率達412kW，達到世界先進水準。
在今年漢諾威車展上，濰柴展示了WP15氫内燃機，該機型通過精确控制氫氣供給和燃燒過程，有效降低燃料消耗率，進而實作更低的營運成本。另外，WP15氫内燃機還能夠适應多種複雜工況和惡劣環境，確定發動機長期穩定運作，且實作近零排放目标。
氫内燃機優勢顯著
國内外整零企業紛紛湧入氫内燃機領域，使得這一技術路線的價值與潛力正逐漸得到認可。
“氫内燃機的性能表現完全達到規模化量産的标準，主流企業已普遍完成相關技術研發及産品儲備。”同濟大學汽車學院教授韓志玉認為，氫内燃機領域不存在根本性的科學難題，關鍵在于工程技術方面的突破。目前，依托内燃機技術的深厚底蘊，氫内燃機技術已發展到一定高度，其動力系統總體性能足以支撐量産應用。另外，氫内燃機的熱效率已突破40％，在商用車領域表現更佳，已接近傳統燃料内燃機的水準，但在噴嘴等涉氫零部件的耐磨性方面仍有提升空間。今後，随着産業化持續推進，這些細節問題有望在量産實踐中不斷得到優化和解決。
“更為重要的是，氫内燃機更具成本和推廣優勢。”華中科技大學能源與動力學院教授成曉北介紹說，一方面，氫内燃機具有較好的燃料适應性，不僅能以純氫作為動力源，還可與甲醇、氨燃料等混合燃燒，有效降低對石油資源的依賴；另一方面，氫内燃機在技術實作上更加高效和經濟，它保留傳統内燃機的主要架構，可依托現有工業體系進行低成本批量化生産，省去重新建構産業鍊的高昂成本和時間投入。另外，相較于燃料電池，氫内燃機的技術實作難度更低，成本投入更為可控，可在更短的時間内實作大規模推廣應用。
“氫内燃機在排放方面也具有顯著優勢。”一汽解放動力總成事業部大柴工廠首席技能大師鹿新弟表示，與柴油機不同，氫内燃機在燃燒過程中主要生成水蒸氣，幾乎不産生溫室氣體和其他有害物質，能夠實作真正意義上的綠色排放。這也意味着氫内燃機能有效減少卡車運輸對空氣品質的負面影響，有助于緩解日益嚴重的環境污染問題。
在韓志玉看來，氫内燃機憑借能“吃粗糧”、經濟效益高及産業鍊整合難度低等優勢，更易于實作大規模市場應用。不過，他也指出，相較氫燃料電池，氫内燃機目前所獲得的政策支援明顯不足。“我們應避免政策過度幹預技術路線的選擇，而應讓市場成為決定因素。讓氫内燃機與燃料電池技術在市場中自由競争，這将更有利于推動汽車行業綠色轉型。”韓志玉強調，作為一項具有前瞻性的技術，氫内燃機具備良好的應用前景，甚至可能比燃料電池更具市場應用潛力。是以，現階段亟需政策支援與推動。
海外有研究者對氫内燃機與氫燃料電池汽車的成本效益進行系統對比分析，得出以下結論：在輕型客車領域，當年産量超過10萬輛時，燃料電池汽車的經濟性優于氫内燃機汽車；在重型卡車、公共汽車等領域，即便年産量僅為5000輛，氫内燃機汽車仍能展現出顯著的成本優勢。從這個角度判斷，未來氫内燃機在商用車特定市場具備較強的競争力。
掣肘問題不容忽視
氫内燃機在商用車領域具有廣闊的發展前景，已成為行業内的普遍共識。但不容忽視的是，目前氫内燃機産業仍處于起步階段，想要實作規模化推廣，還需面臨諸多挑戰。
“氫氣在常溫常壓下的體積能量密度極低，是以需經過液化處理以滿足後續的儲存、運輸及應用需求。然而，這一液化過程能量損耗較大，在目前技術條件下，轉化成本相對較高。此外，為確定液化氫儲存穩定，需使用特殊容器，要具備抗凍、抗壓及嚴格絕熱等特性，制造難度大，成本高昂。未來，研發綠色高效的氫氣制備技術和解決氫氣儲存難題對氫内燃機的發展至關重要。同時需要注意的是，加氫站等基礎設施的缺乏也是阻礙氫内燃機發展的另一大挑戰。”韓志玉指出，氫内燃機汽車與氫燃料電池汽車若能共享加氫站等基礎設施，不僅能有效緩解氫氣系統基礎設施建設不足的問題，還能顯著提升目前使用率偏低的燃料電池汽車加氫站的營運效率。從這個角度看，發展氫内燃機具有積極意義。
北京理工大學教授孫柏剛指出，盡管氫内燃機在環保、能效和經濟性等方面具有一定優勢，但其技術成熟度仍有待提高。具體而言，氫氣燃燒控制的精确性、車載儲氫系統的安全性等方面依然面臨技術瓶頸，需要通過優化發動機燃燒控制政策和調整系統設計來克服這些難題。同時，氫内燃機的耐久性與可靠性亦需經曆長時間驗證，以確定其能夠穩定可靠地服務廣大運輸從業者。
在鹿新弟看來，政策支援對于氫内燃機行業發展具有重要意義。他指出，目前，針對氫内燃機的政策和法規體系尚不健全，缺乏明确的發展路線和激勵措施。是以，他呼籲政府應制定并出台相關政策，加大對氫内燃機研發和應用的支援力度。
在今年漢諾威車展上，氫能發動機聯盟也提出，應正式在法律層面将氫内燃機納入零排放體系，以推動該技術在全球範圍内推廣應用。對此，Jane Beaman表示，盡管氫内燃機技術已在全球某些地區取得一定進展，但我們仍需攜手并進，将其納入更為廣泛的全球性碳減排政策體系之中，這将有助于加快氫能基礎設施建設程序，并有力推動該技術實作更為廣泛的普及與應用。
文：王金玉 編輯：孫偉川 版式：趙方婷
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