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受限于技術和成本等原因，氫燃料汽車近年發(fā)展步伐明顯放緩，就連較早布局的豐田汽車，也因商業(yè)化難度高，減少了對氫燃料汽車的投入。另一方面，與氫燃料電池汽車相比，氫內(nèi)燃機成本低，有良好的燃料適應能力，受到越來越多的關注與重視。

前不久，北京理工大學機械與車輛工程學院教授孫柏剛在商用車碳中和創(chuàng)新發(fā)展論壇上表示，由于兼有傳統(tǒng)內(nèi)燃機和燃料電池的優(yōu)點，通過提升技術可靠性、動力性及經(jīng)濟性，氫內(nèi)燃機將從根本上為用戶提供一個“買得起+用得起”的零碳解決方案，是我國交通領域邁向氫能源經(jīng)濟的現(xiàn)實途徑。

新產(chǎn)品新技術頻發(fā)布

據(jù)了解，目前不僅長安、上汽、一汽和濰柴等國內(nèi)企業(yè)正在進行氫內(nèi)燃機的前期開發(fā)和設計工作，而且包括豐田、馬自達、康明斯等跨國車企也紛紛進行氫內(nèi)燃機的開發(fā)和應用。

11月25日，據(jù)國家知識產(chǎn)權局公告，重慶長安汽車股份有限公司申請“一種氫內(nèi)燃機增程動力系統(tǒng)、控制方法及汽車”，系統(tǒng)包括氫內(nèi)燃機、增程器發(fā)電機、電機控制器、動力電池和驅(qū)動電機；10月26日，五菱柳機首款自主研發(fā)的4M20H氫內(nèi)燃機成功點火，這款產(chǎn)品是在原有的高熱效醇氫油氣多元燃料自適應發(fā)動機平臺的基礎上自主研發(fā)設計，采用了4缸2.0L發(fā)動機，最大功率可達70kW / 5600rpm，最大扭矩為130N·m / 4000rpm；6月，廣汽傳祺E9氫混版正式亮相，官方稱該車是行業(yè)首款搭載氫氣發(fā)動機的氫混整車，氫能動力系統(tǒng)具備高壓縮比及爆震抑制技術，氫耗低于1.4kg/100km，綜合續(xù)駛將近600km；4月，東風集團聯(lián)合華中科技大學發(fā)布了東風馬赫動力氫氣發(fā)動機，該氫氣發(fā)動機動力性達80kW/170N·m，熱效率突破45.04%，大于40%效率區(qū)占比超過70%，標志著中國氫氣發(fā)動機自主研發(fā)取得重大技術突破……再加上早早就開始布局的玉柴和濰柴動力等內(nèi)燃機企業(yè)，以及上汽、廣汽等整車企業(yè)，國內(nèi)氫內(nèi)燃機的賽道已經(jīng)有不少“玩家”。

國外市場同樣熱鬧。今年2月底，在日本富士賽道舉行的Super Taikyu試運行測試中，豐田卡羅拉首次使用液氫燃料完成賽道測試。5月底，經(jīng)過重新改造后的液氫卡羅拉賽車圓滿完成富士24小時耐力賽，為豐田在液氫技術上的升級更新提供幫助；10月下旬，康明斯與特雷克斯旗下子公司Terex Advance Mixer、Edge Materials公司及PCC Hydrogen共同簽署諒解備忘錄，生產(chǎn)配裝康明斯零碳氫內(nèi)燃機的混凝土攪拌車并進行運營驗證。

據(jù)國家燃料電池汽車及動力系統(tǒng)工程中心副主任馬天才介紹，在上世紀末，氫內(nèi)燃機與燃料電池的研究基本同步，但受限于材料、技術等因素，氫內(nèi)燃機并沒有得到大規(guī)模發(fā)展，尤其隨著燃料電池技術的快速進步，氫內(nèi)燃機進入一個相對低潮的階段。直到最近，氫能的發(fā)展備受關注，在燃料電池的耐久性、成本、環(huán)境適應性面臨一些挑戰(zhàn)的情況下，產(chǎn)業(yè)鏈又開始轉(zhuǎn)而關注氫內(nèi)燃機，重啟了研發(fā)工作。同時，國家對氫能產(chǎn)業(yè)的重視以及“十四五”期間內(nèi)燃機相關項目得到支持，也在一定程度上激發(fā)了產(chǎn)業(yè)熱情。

具有成本優(yōu)勢和技術基礎

氫內(nèi)燃機，也叫氫燃料發(fā)動機、燃氫發(fā)動機、氫氣發(fā)動機，是以傳統(tǒng)內(nèi)燃機為基礎，通過改變?nèi)剂瞎到y(tǒng)、噴射系統(tǒng)以及燃料等，燃燒氫氣產(chǎn)生動力，從而驅(qū)動車輛的行駛。與傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機相比，氫內(nèi)燃發(fā)動機不會產(chǎn)生有害氣體，也可以達到零排放的目的，因此成為了環(huán)保和節(jié)能領域的研究熱點。

在業(yè)內(nèi)人士看來，氫內(nèi)燃機的原理類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機，保留了其主要結構與系統(tǒng)，對氫氣燃料的成分變化不敏感。因此，在燃料使用要求方面，對氫氣純度的要求較低。同時，氫內(nèi)燃機不需要貴金屬催化劑，也在很大程度上解決了燃料電池技術的高成本問題。未來，氫內(nèi)燃機應用場景將更寬廣，更具成本和推廣優(yōu)勢。

更重要的是，氫內(nèi)燃機可以使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機的大部分零部件，因此能大幅降低制造成本。“在大家的固有印象里，中國車企在傳統(tǒng)汽車領域一直處于落后狀態(tài)，但事實早已今非昔比。”一位不愿透露姓名的企業(yè)人士在接受《中國汽車報》記者采訪時坦言，經(jīng)過多年的努力，我國內(nèi)燃機技術已經(jīng)取得了長足進步，尤其在先進燃燒技術、智能控制技術、有害排放控制、整機輕量化等方面取得了豐碩成果，不落后于跨國車企。在大力發(fā)展氫內(nèi)燃機的當下，可以更好地讓中國車企充分發(fā)揮多年來在內(nèi)燃機領域積累的實力，從而實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

“與燃料電池相比，氫內(nèi)燃機與傳統(tǒng)內(nèi)燃機有更多的共性技術鏈，包括一些關鍵零部件等，可沿用現(xiàn)有內(nèi)燃機工業(yè)體系進行開發(fā)，可在原有技術細節(jié)優(yōu)化的基礎上快速進入市場，大幅縮短研發(fā)周期，技術轉(zhuǎn)化更有成本優(yōu)勢，具備了初步的產(chǎn)業(yè)基礎。”馬天才表示。

協(xié)同突破技術瓶頸

從國際趨勢上看，氫能是實現(xiàn)碳達峰、逐步達到碳中和的最佳選擇，氫內(nèi)燃機也迎來了發(fā)展機遇。但目前，我國氫內(nèi)燃機發(fā)展還處在初始階段，很多領域仍有空白。

據(jù)了解，雖然企業(yè)接連發(fā)布氫內(nèi)燃機點火的消息，不少廠商也推出了樣機，但還有不少工作要做，比如，基礎驗證及突破氫氣噴嘴等關鍵零部件瓶頸。此外，研究者們還在通過改進內(nèi)部燃燒過程、優(yōu)化氫氣混合比例、使用催化劑等技術手段，進一步提高氫內(nèi)燃發(fā)動機的效率與穩(wěn)定性。“如何在可靠性和安全性上做到絕對保障，具有相當大的技術挑戰(zhàn)，需要企業(yè)在試驗開發(fā)過程中模擬驗證各類故障失效模式。所以，開發(fā)氫內(nèi)燃機的難度和風險要比傳統(tǒng)發(fā)動機高，挑戰(zhàn)也更大。”一汽解放發(fā)動機事業(yè)部前瞻技術研究院相關負責人表示，另一個重要挑戰(zhàn)則來自于熱效率，企業(yè)都在致力于通過現(xiàn)有內(nèi)燃機研發(fā)資源，開發(fā)高效率燃氫發(fā)動機技術，縮小其與燃料電池動力效率的差距，甚至做到與燃料電池動力相同的效率。

此外，氫內(nèi)燃機的劣勢之一還在于高溫燃燒后尾氣排放中的氮氧化合物含量較高。孫柏剛提出，如何把氫內(nèi)燃機的氮氧化合物排放量降到最低甚至零排放，需要實現(xiàn)傳統(tǒng)技術的多方面突破，這也是他和團隊目前研究的重點方向。“按我們現(xiàn)在的控制策略，已經(jīng)可以解決安全問題，也能做到大多數(shù)車用工況下氮氧化物的零排放。未來，隨著技術的進步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫內(nèi)燃機有望突出重圍。”孫柏剛判斷，如果氫內(nèi)燃機氮氧排放量較高的問題不能得到有效解決，恐怕氫內(nèi)燃機最終會“死”于排放法規(guī)。

值得一提的是，與氫燃料電池一樣，氫內(nèi)燃機的推廣與應用也受制于制氫、儲氫、運氫產(chǎn)業(yè)鏈的成熟與配套基礎設施建設的完善。“燃料電池與氫內(nèi)燃機面臨的共同問題是氫的成本和高效存儲。一方面，如何把氫能高效存儲起來，車載儲氫系統(tǒng)是亟待解決的重點問題；另一方面，制氫、儲運成本高以及加氫站建設等同樣限制著氫內(nèi)燃機的發(fā)展。”在馬天才看來，氫能汽車最核心的問題是制氫、用氫成本，只有解決這些問題，氫內(nèi)燃機才有可能實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用。

呼吁政策大力扶持

早在2021年12月，工業(yè)和信息化部就在印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》中明確提到了“氫氣內(nèi)燃機”，表示要發(fā)展氫燃料燃氣輪機、超高壓氫氣壓縮機、高效氫燃料電池等新能源裝備。今年8月，作為國家層面首個氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系建設指南，《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南（2023版）》中又再次強調(diào)，氫能應用方面主要包括燃料電池、氫內(nèi)燃機、氫氣鍋爐、氫燃氣輪機等氫能轉(zhuǎn)換利用設備與零部件以及交通、儲能、發(fā)電核工業(yè)領域氫能應用等方面的標準，推動氫能相關新技術、新工藝、新方法、安全相關標準的制修訂。

然而，現(xiàn)實卻是，在目前出臺的相關國家和地方的政策和規(guī)劃文件中，均將氫能在道路交通領域的應用聚焦在氫燃料電池技術方面，很少提及氫燃料內(nèi)燃機，在各地出臺的關于氫能的中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃里，同屬于氫能應用的氫內(nèi)燃機很少被提及。

為此，企業(yè)和行業(yè)人士多次呼吁，加大氫內(nèi)燃機技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推廣的政策支持力度。在今年的全國兩會上，全國人大代表李海樺就提交了關于“加大燃氫內(nèi)燃機動力在全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展”的建議，他表示，北京、上海、廣東、河南和河北都成為了氫燃料電池汽車示范應用城市群，所覆蓋城市超60個，但零碳排放的燃氫內(nèi)燃機動力裝備在商用車、通用機械、船舶與發(fā)電等領域的示范應用范圍小，發(fā)展緩慢。“在中重卡、船機、工程機械等大負荷、使用環(huán)境惡劣等應用場景，燃料電池目前在大功率化上還有不少技術難題需要解決，燃氫發(fā)動機顯然是更好的選擇。”李海樺建議，希望國家能夠立足于燃氫內(nèi)燃機動力裝備多領域示范、氫能動力系統(tǒng)測試驗證等應用場景，指導我國企業(yè)開展分布式、模塊化的高效靈活制氫關鍵技術研究與示范項目，加快燃氫內(nèi)燃機動力在我國的推廣應用；行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)聯(lián)合加快技術開發(fā)，集中優(yōu)勢資源盡快解決兩種氫動力系統(tǒng)中的主要技術難題，同時針對兩種氫能動力系統(tǒng)適合的應用場景，開展分布式、模塊化的高效靈活制氫關鍵技術研究與示范項目，尋找大幅降低氫氣使用成本的最佳途徑，使得氫氣動力系統(tǒng)的推廣應用盡快獲得商業(yè)模式。

“加快國家燃氫內(nèi)燃機全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展步伐，離不開國家出臺以鼓勵燃氫內(nèi)燃機動力技術全領域應用示范為指導方向的相關扶持政策。”李海樺說，政府需要盡快解決氫氣使用標準的行業(yè)難題，為氫能動力的推廣提供政策便利條件。

2026年有望推向市場

正如孫柏剛所言，從2023年開始，如果企業(yè)再發(fā)布氫發(fā)動機點火的消息就顯得有些“落伍”了，如今氫發(fā)動機已經(jīng)逐漸從實驗室里走出來，踏上了應用與落地的發(fā)展新階段。

除了長安與廣汽已于今年上半年正式發(fā)布旗下的氫發(fā)動機產(chǎn)品、中國一汽研發(fā)的紅旗全新混動專用氫能發(fā)動機首臺A樣機在9月成功試制下線以外，還有一些企業(yè)公布了產(chǎn)品開展示范運行的時間表或計劃：今年10月，一汽解放在互動平臺表示，氫內(nèi)燃機在2022年首發(fā)點火后，一直在推進開發(fā)工作，目前已進入整車試制階段，計劃2024年3月交付用戶示范運行；相較之下，“跑”得更快的濰柴動力也在幾乎同一時間提出，已布局氫內(nèi)燃機技術，完成了關鍵核心技術和商業(yè)化應用的突破，掌握了一批原創(chuàng)性專利技術，并于2022年6月與中國重汽聯(lián)合發(fā)布了搭載濰柴動力自主開發(fā)的13L氫內(nèi)燃機的全國首臺商業(yè)化氫內(nèi)燃機重卡。

同樣是在10月，康明斯也宣布旗下的15H氫內(nèi)燃機將在Terex Advance公司Commander系列前卸式混凝土攪拌車上配裝并進行運營測試；值得一提的是，今年7月，博世官宣計劃在2024年前推出一款氫氣內(nèi)燃機，并表示該公司已經(jīng)獲得了來自所有主要經(jīng)濟地區(qū)的4個量產(chǎn)項目訂單。據(jù)悉，首批搭載博世氫氣內(nèi)燃機的車預計將于2024年上路。

關于氫內(nèi)燃機的未來，博世方面表示，到2030年，其氫氣內(nèi)燃機銷量將超過10萬臺。該公司人士認為：“氫發(fā)動機具備柴油發(fā)動機的所有功能，但最重要的是，它不僅是碳中和產(chǎn)品，還將助力快速且經(jīng)濟高效地進入氫動力移動出行領域。”

當氫燃料價格降到比柴油更低時，氫能應用就擁有了更多可能性。“我覺得內(nèi)燃機是‘吃粗糧’的，這可能是打開氫能源應用的一把鑰匙。”孫柏剛認為，內(nèi)燃機在一段時間內(nèi)并不會被淘汰，下一階段，氮氧排放將成為氫內(nèi)燃機開發(fā)標定的重點工作。與此同時，隨著氫內(nèi)燃機動力性、經(jīng)濟性的提升，缸內(nèi)和缸外后處理聯(lián)合開發(fā)也將成為企業(yè)探索的路徑。此外，國內(nèi)多家車企已經(jīng)開展對于氨內(nèi)燃機的開發(fā)，氫和氨的對立性和潛在的互補性為發(fā)動機提供了新的研究方向。

不過，廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院發(fā)動機系統(tǒng)研發(fā)部部長占文鋒指出，由于沒有先例，氫內(nèi)燃機產(chǎn)品還不能上公告，因此他預測，氫內(nèi)燃機相關產(chǎn)品正式推向市場的時間將在2026年或2027年。 

原標題：氫燃料汽車趨緩，氫內(nèi)燃機車補位