國內對氫內燃機領(lǐng)域的探索正悄然興起。

近期，國內多家商用車(chē)和零部件企業(yè)相繼發(fā)布氫內燃機研發(fā)成果。諸如，一汽解放自主設計開(kāi)發(fā)的國內首款重型商用車(chē)缸內直噴氫氣發(fā)動(dòng)機已實(shí)現平穩運行;中國重汽、濰柴動(dòng)力聯(lián)合發(fā)布全國首款配裝13L氫內燃機的重卡車(chē)型。除此之外，玉柴YCK16H燃氫發(fā)動(dòng)機、上海新動(dòng)力首臺直噴式氫氣發(fā)動(dòng)機也已成功點(diǎn)火?？v觀(guān)全球市場(chǎng)，今年5月，康明斯對外展示了一款15L氫內燃機產(chǎn)品，并隨后宣布加入氫能發(fā)動(dòng)機聯(lián)盟。據悉，該聯(lián)盟成員還有博世、戴姆勒卡車(chē)和卡爾斯魯厄理工學(xué)院等。

短短幾個(gè)月內，氫內燃機產(chǎn)品密集發(fā)布，它為何突然就火了?

氫內燃機何以大火

事實(shí)上，氫內燃機并不是一個(gè)新鮮事物，早在上世紀70年代，就有大批汽車(chē)企業(yè)和科研機構投入到相關(guān)研究中，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，雖取得了一定成果，但并沒(méi)有一款氫能發(fā)動(dòng)機量產(chǎn)上市。沉寂許久后，氫內燃機于近兩年才逐漸回歸到各大車(chē)企的視野之中。

在業(yè)內人士看來(lái)，在純電動(dòng)、燃料電池技術(shù)大行其道的當下，商用車(chē)和內燃機企業(yè)重新將注意力轉向氫內燃機的研發(fā)，這與全球性碳中和目標緊密相關(guān)。

在全球節能減排的大趨勢下，汽車(chē)及交通行業(yè)加快推進(jìn)減碳、脫碳進(jìn)程勢在必行。商用車(chē)行業(yè)作為助力減碳任務(wù)的主戰場(chǎng)，正面臨著(zhù)新舊動(dòng)能轉換的“大考”。長(cháng)期來(lái)看，電動(dòng)化無(wú)疑是商用車(chē)產(chǎn)業(yè)達成“雙碳”目標的核心路徑，但中短期內，內燃機在道路交通運輸領(lǐng)域，仍具有不可替代的重要作用。在此背景下，傳統車(chē)企和內燃機企業(yè)積極尋求轉型升級，發(fā)展內燃機燃料多元化技術(shù)路線(xiàn)，推動(dòng)內燃機應用低碳清潔新能源，已成為業(yè)內共識。

“面對多種技術(shù)路線(xiàn)之爭，各大頭部企業(yè)并沒(méi)有‘一意孤行’，而是積極在做‘多選題’，這是很好的趨勢，有利于企業(yè)從容應對市場(chǎng)變化，也能最大程度避免產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向嚴重偏離?！碧旖虼髮W(xué)教授姚春德指出，氫能是“雙碳”戰略目標下，實(shí)現能源轉型升級的重要支撐，基于氫能的各種技術(shù)路線(xiàn)的研發(fā)，已成為車(chē)企和內燃機企業(yè)的迫切需求。作為氫能在車(chē)用領(lǐng)域發(fā)展的重要路徑，氫內燃機既能滿(mǎn)足減排要求，又可以充分利用現有內燃機行業(yè)的研發(fā)、制造、供應鏈資源，快速實(shí)現量產(chǎn)，并在最終成本上做到與傳統內燃機接近，這是其他新能源技術(shù)都無(wú)法比擬的。

“氫內燃機最為突出的是成本優(yōu)勢和推廣優(yōu)勢?！惫ば挪考状计?chē)推廣應用專(zhuān)家指導委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)魏安力進(jìn)一步分析稱(chēng)，一方面，氫內燃機具有多燃料適應性，可以使用純氫為燃料，也可通過(guò)與鋰電池配合，形成混動(dòng)方案，能有效降低對石油的依賴(lài)性;另一方面，可以使內燃機資源得到最大化利用，延長(cháng)生產(chǎn)裝備生命周期。氫內燃機保留了傳統內燃機的主要架構和系統，不需要重新構建產(chǎn)業(yè)鏈，其技術(shù)實(shí)現的難度和成本投入遠小于燃料電池。

此外，從使用角度來(lái)看，氫內燃機沒(méi)那么“嬌貴”，對氫氣的純度要求不高，也不依賴(lài)稀有金屬，而且在高負荷區具有較高的綜合效率，對于承擔貨物運輸的中重卡來(lái)說(shuō)，氫內燃機是更經(jīng)濟、更高效的選擇。今年全國兩會(huì )上，全國人大代表、廣西玉柴機器股份有限公司新品試制裝配工段工段長(cháng)許燕妮也提出，氫內燃機成本低、加氫快，而且無(wú)里程焦慮，具有在商用車(chē)全領(lǐng)域應用的潛力。

濰柴動(dòng)力技術(shù)部門(mén)相關(guān)負責人表示，在原有內燃機產(chǎn)業(yè)鏈基礎上，以氫氣作為燃料來(lái)實(shí)現“零碳排放”，對于助力實(shí)現“雙碳”目標、推動(dòng)內燃機產(chǎn)業(yè)持續升級，以及推動(dòng)商用車(chē)能源多元化發(fā)展具有重要意義。

氫氣缸內燃燒技術(shù)提升

多年前，氫內燃機受到冷落，原因是多方面的，比如技術(shù)難度大、燃燒效率低、扶持力度小、加氫站建設滯后等。如今，在“雙碳”目標的指引下，沉寂多時(shí)的氫內燃機正迎來(lái)新的發(fā)展機遇。

在配套基礎設施方面，近年來(lái)，在國家利好政策的助力下，氫能產(chǎn)業(yè)實(shí)現了快速發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了氫能基礎設施建設以及氫能產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，這為氫內燃機的發(fā)展打下了良好基礎。

在政策支持層面，去年8月，工信部在對十三屆全國人大四次會(huì )議第5736號建議的答復中表示，下一步將積極配合相關(guān)部門(mén)制定氫能發(fā)展戰略，研究推動(dòng)將氫內燃機納入其中予以支持;工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規劃》中再次提出，發(fā)展氫燃料燃氣輪機。

對于氫內燃機未來(lái)的應用前景，國內外企業(yè)都非?？春?，并給予了很大的期待?！白鳛闅淙剂想姵?、動(dòng)力電池及可再生天然氣動(dòng)力鏈的有效補充，氫能發(fā)動(dòng)機項目將為公路運輸行業(yè)實(shí)現可持續發(fā)展，提供更多潛在的技術(shù)選擇?！笨得魉垢笨偛?、發(fā)動(dòng)機事業(yè)部總工程師白納川(Jonathon White)說(shuō)道。

據了解，目前歐洲幾乎所有的主流商用車(chē)和零部件企業(yè)都在關(guān)注或已開(kāi)始對氫內燃機展開(kāi)可行性研究。與此同時(shí)，我國的氫內燃機研發(fā)也取得了較大進(jìn)展和突破。

“從綜合成本、性能、可靠性、耐久性等方面來(lái)看，氫內燃機相較燃料電池更具優(yōu)勢。但與此同時(shí)，由于氫氣點(diǎn)火能量低、燃燒速度快、燃燒溫度高，使得氫內燃機容易發(fā)生早燃、回火和爆燃等問(wèn)題，而且在燃燒效率方面也存在一定劣勢?！币Υ旱赂嬖V記者，從目前國內面世的氫內燃機產(chǎn)品公開(kāi)信息來(lái)看，上述的痛點(diǎn)問(wèn)題很多都已經(jīng)被攻克，并且在熱效率方面也有所突破，相關(guān)機型基本都采用高壓共軌噴射、分層燃燒和稀薄燃燒等技術(shù)，讓氫氣在氣缸內充分燃燒，提高整車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟性。

具體來(lái)看，一汽解放自主研發(fā)的缸內直噴氫氣發(fā)動(dòng)機采用了氫氣分層超稀薄燃燒技術(shù)、彌勒循環(huán)滾流氫氣混合技術(shù)等，能夠大幅提高熱效率并解決回火問(wèn)題，保障氫氣發(fā)動(dòng)機穩定高效運轉，運轉功率超過(guò)500馬力(約合368kW)，指示熱效率突破55%;玉柴YCK16H采用了燃料高壓共軌、高壓缸內直噴技術(shù)和雙流道增壓技術(shù)，可按需求在缸內實(shí)現均質(zhì)燃燒或分層燃燒，動(dòng)力性更強、熱效率更高、穩定性更好;濰柴13L氫內燃機有效熱效率達41.8%，采用的多項專(zhuān)有技術(shù)有效解決了氫氣異常燃燒難題。

業(yè)內專(zhuān)家指出，國內氫內燃機的成功點(diǎn)火，為商用車(chē)和內燃機行業(yè)釋放了積極信號。各大車(chē)企巨頭未雨綢繆、做好技術(shù)儲備，既可更好地應對市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)變局，還能占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)，在競爭激烈的市場(chǎng)中獨占鰲頭。

商業(yè)化之路仍很漫長(cháng)

氫內燃機作為實(shí)現傳統化石能源替代的可行性技術(shù)路線(xiàn)，已引起業(yè)內的廣泛關(guān)注。國內外車(chē)企和內燃機企業(yè)的紛紛布局，也說(shuō)明氫內燃機在商用車(chē)領(lǐng)域具有較為廣闊的發(fā)展前景。不過(guò)，目前氫內燃機產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，想要實(shí)現商業(yè)化，還需面臨諸多挑戰。

“氫內燃機在商業(yè)化推廣上，同樣遇到了氫燃料電池所面臨的問(wèn)題。比如氫氣的運輸、存儲，以及加氫站成本高昂等制約因素。另外，從效率方面來(lái)看，氫內燃機的熱效率依然是短板，相關(guān)技術(shù)有待進(jìn)一步突破?！币Υ旱卤硎?，只有技術(shù)難題被攻克，基礎設施更完備，氫內燃機才有可能實(shí)現大規模推廣應用。

在業(yè)內專(zhuān)家看來(lái)，想要氫內燃機實(shí)現商業(yè)化落地，需建立完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，而這并不是一家廠(chǎng)商就能解決的，需要相關(guān)部門(mén)統籌規劃，讓制氫、儲氫、運氫成為一個(gè)成熟且完善的產(chǎn)業(yè)鏈，以此降低各個(gè)環(huán)節的成本。同時(shí)，合理的政策鼓勵和支持是必不可少的推動(dòng)因素。

麥肯錫全球董事合伙人方寅亮也指出，氫內燃機技術(shù)路線(xiàn)的成熟，僅靠實(shí)驗室數據是不夠的，離不開(kāi)商業(yè)化探索，雖然短期氫能在汽車(chē)上的應用還要克服諸多問(wèn)題，但與純電等目前的主流新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)一樣，都是值得堅持投入的長(cháng)期事業(yè)。