国内外整零企业站台力挺 氢内燃机有望实现大规模应用
在前不久结束的2024年德国汉诺威车展上，氢能发动机联盟携手康明斯、曼恩、博世等行业伙伴共同强调，氢内燃机将在全球脱碳进程中发挥重要作用。此外，与其他零碳技术相比，氢内燃机技术在初期投资成本上更具经济优势。
氢内燃机备受关注
在全球节能减排的大趋势下，交通运输行业加快推进减碳、脱碳进程已迫在眉睫。氢能作为推动能源转型升级的关键要素，围绕氢燃料进行多元化技术研发，已成为商用车和内燃机企业竞逐的焦点。其中，氢内燃机不但能满足减排要求，而且在使用成本上可与传统内燃机相媲美。这一独特优势，使其在众多新能源动力技术竞争中脱颖而出，成为众多企业优先采纳的解决方案。
当前，欧洲正全力推进氢能动力产业发展，众多商用车制造商均在关注或已开始对氢内燃机进行可行性研究。它们普遍认为，氢内燃机是一种实现门槛相对较低且兼具成本效益的优选方案。
此外，美国动力设备制造巨头康明斯已启动氢燃料内燃机（H2-ICE）计划，该项目聚焦于6.7升中型及15升重型氢内燃机的研发。康明斯全球道路和皮卡业务副总裁Jane Beaman表示，氢内燃机依托于行业数十年来成熟且经过验证的内燃机技术，为全球实现零排放目标提供强有力支撑。氢内燃机不仅在外观上与传统发动机相似，其零部件也与当前车辆所使用的零部件高度兼容，这极大简化了车辆制造商的集成过程，降低复杂性。更重要的是，氢内燃机可使用零碳氢燃料，实现极低排放，是助力全球达成碳减排目标的一项关键技术。
除欧美商用车企业加快布局研发氢内燃机技术外，我国整车及零部件企业也在该领域取得突破性进展。例如，一汽解放自主研发的国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机已实现稳定运行，运转功率超368kW，指示热效率突破55％；中国重汽与潍柴动力联合推出的配装13升氢内燃机的重型卡车，发动机有效热效率达41.8％；氢成绿动新能源自主研发的氢内燃机已成功实现点火运行，并建成国内首台（套）可连续不中断运转500小时的氢内燃机测试台架。此外，由玉柴自主研制的燃氢发动机YCK16H热效率突破45％，最大输出功率达412kW，达到世界先进水平。
在今年汉诺威车展上，潍柴展示了WP15氢内燃机，该机型通过精确控制氢气供给和燃烧过程，有效降低燃料消耗率，从而实现更低的运营成本。另外，WP15氢内燃机还能够适应多种复杂工况和恶劣环境，确保发动机长期稳定运行，且实现近零排放目标。
氢内燃机优势显著
国内外整零企业纷纷涌入氢内燃机领域，使得这一技术路线的价值与潜力正逐步得到认可。
“氢内燃机的性能表现完全达到规模化量产的标准，主流企业已普遍完成相关技术研发及产品储备。”同济大学汽车学院教授韩志玉认为，氢内燃机领域不存在根本性的科学难题，关键在于工程技术方面的突破。当前，依托内燃机技术的深厚底蕴，氢内燃机技术已发展到一定高度，其动力系统总体性能足以支撑量产应用。另外，氢内燃机的热效率已突破40％，在商用车领域表现更佳，已接近传统燃料内燃机的水平，但在喷嘴等涉氢零部件的耐磨性方面仍有提升空间。今后，随着产业化持续推进，这些细节问题有望在量产实践中不断得到优化和解决。
“更为重要的是，氢内燃机更具成本和推广优势。”华中科技大学能源与动力学院教授成晓北介绍说，一方面，氢内燃机具有较好的燃料适应性，不仅能以纯氢作为动力源，还可与甲醇、氨燃料等混合燃烧，有效降低对石油资源的依赖；另一方面，氢内燃机在技术实现上更加高效和经济，它保留传统内燃机的主要架构，可依托现有工业体系进行低成本批量化生产，省去重新构建产业链的高昂成本和时间投入。另外，相较于燃料电池，氢内燃机的技术实现难度更低，成本投入更为可控，可在更短的时间内实现大规模推广应用。
“氢内燃机在排放方面也具有显著优势。”一汽解放动力总成事业部大柴工厂首席技能大师鹿新弟表示，与柴油机不同，氢内燃机在燃烧过程中主要生成水蒸气，几乎不产生温室气体和其他有害物质，能够实现真正意义上的绿色排放。这也意味着氢内燃机能有效减少卡车运输对空气质量的负面影响，有助于缓解日益严重的环境污染问题。
在韩志玉看来，氢内燃机凭借能“吃粗粮”、经济效益高及产业链整合难度低等优势，更易于实现大规模市场应用。不过，他也指出，相较氢燃料电池，氢内燃机当前所获得的政策支持明显不足。“我们应避免政策过度干预技术路线的选择，而应让市场成为决定因素。让氢内燃机与燃料电池技术在市场中自由竞争，这将更有利于推动汽车行业绿色转型。”韩志玉强调，作为一项具有前瞻性的技术，氢内燃机具备良好的应用前景，甚至可能比燃料电池更具市场应用潜力。因此，现阶段亟需政策支持与推动。
海外有研究者对氢内燃机与氢燃料电池汽车的成本效益进行系统对比分析，得出以下结论：在轻型客车领域，当年产量超过10万辆时，燃料电池汽车的经济性优于氢内燃机汽车；在重型卡车、公交车等领域，即便年产量仅为5000辆，氢内燃机汽车仍能展现出显著的成本优势。从这个角度判断，未来氢内燃机在商用车特定市场具备较强的竞争力。
掣肘问题不容忽视
氢内燃机在商用车领域具有广阔的发展前景，已成为行业内的普遍共识。但不容忽视的是，目前氢内燃机产业仍处于起步阶段，想要实现规模化推广，还需面临诸多挑战。
“氢气在常温常压下的体积能量密度极低，因此需经过液化处理以满足后续的储存、运输及应用需求。然而，这一液化过程能量损耗较大，在当前技术条件下，转化成本相对较高。此外，为确保液化氢储存稳定，需使用特殊容器，要具备抗冻、抗压及严格绝热等特性，制造难度大，成本高昂。未来，研发绿色高效的氢气制备技术和解决氢气储存难题对氢内燃机的发展至关重要。同时需要注意的是，加氢站等基础设施的缺乏也是阻碍氢内燃机发展的另一大挑战。”韩志玉指出，氢内燃机汽车与氢燃料电池汽车若能共享加氢站等基础设施，不仅能有效缓解氢气系统基础设施建设不足的问题，还能显著提升当前利用率偏低的燃料电池汽车加氢站的运营效率。从这个角度看，发展氢内燃机具有积极意义。
北京理工大学教授孙柏刚指出，尽管氢内燃机在环保、能效和经济性等方面具有一定优势，但其技术成熟度仍有待提高。具体而言，氢气燃烧控制的精确性、车载储氢系统的安全性等方面依然面临技术瓶颈，需要通过优化发动机燃烧控制策略和调整系统设计来克服这些难题。同时，氢内燃机的耐久性与可靠性亦需经历长时间验证，以确保其能够稳定可靠地服务广大运输从业者。
在鹿新弟看来，政策支持对于氢内燃机行业发展具有重要意义。他指出，当前，针对氢内燃机的政策和法规体系尚不健全，缺乏明确的发展路线和激励措施。因此，他呼吁政府应制定并出台相关政策，加大对氢内燃机研发和应用的支持力度。
在今年汉诺威车展上，氢能发动机联盟也提出，应正式在法律层面将氢内燃机纳入零排放体系，以推动该技术在全球范围内推广应用。对此，Jane Beaman表示，尽管氢内燃机技术已在全球某些地区取得一定进展，但我们仍需携手并进，将其纳入更为广泛的全球性碳减排政策体系之中，这将有助于加快氢能基础设施建设进程，并有力推动该技术实现更为广泛的普及与应用。
（图片来自本报资料库）
