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受限于技術(shù)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(duì)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(jī)成本低，有良好的燃料適應(yīng)能力，受到越來越多的關(guān)注與重視。

前不久，北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)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(jī)和燃料電池的優(yōu)點(diǎn)，通過提升技術(shù)可靠性、動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性，氫內(nèi)燃機(jī)將從根本上為用戶提供一個(gè)“買得起+用得起”的零碳解決方案，是我國(guó)交通領(lǐng)域邁向氫能源經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)途徑。

新產(chǎn)品新技術(shù)頻發(fā)布

據(jù)了解，目前不僅長(zhǎng)安、上汽、一汽和濰柴等國(guó)內(nèi)企業(yè)正在進(jìn)行氫內(nèi)燃機(jī)的前期開發(fā)和設(shè)計(jì)工作，而且包括豐田、馬自達(dá)、康明斯等跨國(guó)車企也紛紛進(jìn)行氫內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用。

11月25日，據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告，重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司申請(qǐng)“一種氫內(nèi)燃機(jī)增程動(dòng)力系統(tǒng)、控制方法及汽車”，系統(tǒng)包括氫內(nèi)燃機(jī)、增程器發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；10月26日，五菱柳機(jī)首款自主研發(fā)的4M20H氫內(nèi)燃機(jī)成功點(diǎn)火，這款產(chǎn)品是在原有的高熱效醇?xì)溆蜌舛嘣剂献赃m應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)的基礎(chǔ)上自主研發(fā)設(shè)計(jì)，采用了4缸2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率可達(dá)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(dòng)機(jī)的氫混整車，氫能動(dòng)力系統(tǒng)具備高壓縮比及爆震抑制技術(shù)，氫耗低于1.4kg/100km，綜合續(xù)駛將近600km；4月，東風(fēng)集團(tuán)聯(lián)合華中科技大學(xué)發(fā)布了東風(fēng)馬赫動(dòng)力氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，該氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性達(dá)80kW/170N·m，熱效率突破45.04%，大于40%效率區(qū)占比超過70%，標(biāo)志著中國(guó)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)自主研發(fā)取得重大技術(shù)突破……再加上早早就開始布局的玉柴和濰柴動(dòng)力等內(nèi)燃機(jī)企業(yè)，以及上汽、廣汽等整車企業(yè)，國(guó)內(nèi)氫內(nèi)燃機(jī)的賽道已經(jīng)有不少“玩家”。

國(guó)外市場(chǎng)同樣熱鬧。今年2月底，在日本富士賽道舉行的Super Taikyu試運(yùn)行測(cè)試中，豐田卡羅拉首次使用液氫燃料完成賽道測(cè)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(shí)耐力賽，為豐田在液氫技術(shù)上的升級(jí)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?xì)鋬?nèi)燃機(jī)的混凝土攪拌車并進(jìn)行運(yùn)營(yíng)驗(yàn)證。

據(jù)國(guó)家燃料電池汽車及動(dòng)力系統(tǒng)工程中心副主任馬天才介紹，在上世紀(jì)末，氫內(nèi)燃機(jī)與燃料電池的研究基本同步，但受限于材料、技術(shù)等因素，氫內(nèi)燃機(jī)并沒有得到大規(guī)模發(fā)展，尤其隨著燃料電池技術(shù)的快速進(jìn)步，氫內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)低潮的階段。直到最近，氫能的發(fā)展備受關(guān)注，在燃料電池的耐久性、成本、環(huán)境適應(yīng)性面臨一些挑戰(zhàn)的情況下，產(chǎn)業(yè)鏈又開始轉(zhuǎn)而關(guān)注氫內(nèi)燃機(jī)，重啟了研發(fā)工作。同時(shí)，國(guó)家對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的重視以及“十四五”期間內(nèi)燃機(jī)相關(guān)項(xiàng)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(shì)和技術(shù)基礎(chǔ)

氫內(nèi)燃機(jī)，也叫氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，是以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)，通過改變?nèi)剂瞎?yīng)系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)以及燃料等，燃燒氫氣產(chǎn)生動(dòng)力，從而驅(qū)動(dòng)車輛的行駛。與傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，氫內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，也可以達(dá)到零排放的目的，因此成為了環(huán)保和節(jié)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在業(yè)內(nèi)人士看來，氫內(nèi)燃機(jī)的原理類似于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，保留了其主要結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)，對(duì)氫氣燃料的成分變化不敏感。因此，在燃料使用要求方面，對(duì)氫氣純度的要求較低。同時(shí)，氫內(nèi)燃機(jī)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(shù)的高成本問題。未來，氫內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景將更寬廣，更具成本和推廣優(yōu)勢(shì)。

更重要的是，氫內(nèi)燃機(jī)可以使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)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(guó)車企在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域一直處于落后狀態(tài)，但事實(shí)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(guó)汽車報(bào)》記者采訪時(shí)坦言，經(jīng)過多年的努力，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，尤其在先進(jìn)燃燒技術(shù)、智能控制技術(shù)、有害排放控制、整機(jī)輕量化等方面取得了豐碩成果，不落后于跨國(guó)車企。在大力發(fā)展氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)下，可以更好地讓中國(guó)車企充分發(fā)揮多年來在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域積累的實(shí)力，從而實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

“與燃料電池相比，氫內(nèi)燃機(jī)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)有更多的共性技術(shù)鏈，包括一些關(guān)鍵零部件等，可沿用現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)工業(yè)體系進(jìn)行開發(fā)，可在原有技術(shù)細(xì)節(jié)優(yōu)化的基礎(chǔ)上快速進(jìn)入市場(chǎng)，大幅縮短研發(fā)周期，技術(shù)轉(zhuǎn)化更有成本優(yōu)勢(shì)，具備了初步的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。”馬天才表示。

協(xié)同突破技術(shù)瓶頸

從國(guó)際趨勢(shì)上看，氫能是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、逐步達(dá)到碳中和的最佳選擇，氫內(nèi)燃機(jī)也迎來了發(fā)展機(jī)遇。但目前，我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)發(fā)展還處在初始階段，很多領(lǐng)域仍有空白。

據(jù)了解，雖然企業(yè)接連發(fā)布?xì)鋬?nèi)燃機(jī)點(diǎn)火的消息，不少?gòu)S商也推出了樣機(jī)，但還有不少工作要做，比如，基礎(chǔ)驗(yàn)證及突破氫氣噴嘴等關(guān)鍵零部件瓶頸。此外，研究者們還在通過改進(jìn)內(nèi)部燃燒過程、優(yōu)化氫氣混合比例、使用催化劑等技術(shù)手段，進(jìn)一步提高氫內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的效率與穩(wěn)定性。“如何在可靠性和安全性上做到絕對(duì)保障，具有相當(dāng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要企業(yè)在試驗(yàn)開發(fā)過程中模擬驗(yàn)證各類故障失效模式。所以，開發(fā)氫內(nèi)燃機(jī)的難度和風(fēng)險(xiǎn)要比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)高，挑戰(zhàn)也更大。”一汽解放發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)部前瞻技術(shù)研究院相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，另一個(gè)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(jī)研發(fā)資源，開發(fā)高效率燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，縮小其與燃料電池動(dòng)力效率的差距，甚至做到與燃料電池動(dòng)力相同的效率。

此外，氫內(nèi)燃機(jī)的劣勢(shì)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(jī)的氮氧化合物排放量降到最低甚至零排放，需要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)的多方面突破，這也是他和團(tuán)隊(duì)目前研究的重點(diǎn)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(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫內(nèi)燃機(jī)有望突出重圍。”孫柏剛判斷，如果氫內(nèi)燃機(jī)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(jī)最終會(huì)“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(jī)的推廣與應(yīng)用也受制于制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫產(chǎn)業(yè)鏈的成熟與配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善。“燃料電池與氫內(nèi)燃機(jī)面臨的共同問題是氫的成本和高效存儲(chǔ)。一方面，如何把氫能高效存儲(chǔ)起來，車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)是亟待解決的重點(diǎn)問題；另一方面，制氫、儲(chǔ)運(yùn)成本高以及加氫站建設(shè)等同樣限制著氫內(nèi)燃機(jī)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(jī)才有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)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(jī)”，表示要發(fā)展氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)、超高壓氫氣壓縮機(jī)、高效氫燃料電池等新能源裝備。今年8月，作為國(guó)家層面首個(gè)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南，《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》中又再次強(qiáng)調(diào)，氫能應(yīng)用方面主要包括燃料電池、氫內(nèi)燃機(jī)、氫氣鍋爐、氫燃?xì)廨啓C(jī)等氫能轉(zhuǎn)換利用設(shè)備與零部件以及交通、儲(chǔ)能、發(fā)電核工業(yè)領(lǐng)域氫能應(yīng)用等方面的標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)氫能相關(guān)新技術(shù)、新工藝、新方法、安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。

然而，現(xiàn)實(shí)卻是，在目前出臺(tái)的相關(guān)國(guó)家和地方的政策和規(guī)劃文件中，均將氫能在道路交通領(lǐng)域的應(yīng)用聚焦在氫燃料電池技術(shù)方面，很少提及氫燃料內(nèi)燃機(jī)，在各地出臺(tái)的關(guān)于氫能的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃里，同屬于氫能應(yīng)用的氫內(nèi)燃機(jī)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(jī)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化推廣的政策支持力度。在今年的全國(guó)兩會(huì)上，全國(guó)人大代表李海樺就提交了關(guān)于“加大燃?xì)鋬?nèi)燃機(jī)動(dòng)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(yīng)用城市群，所覆蓋城市超60個(gè)，但零碳排放的燃?xì)鋬?nèi)燃機(jī)動(dòng)力裝備在商用車、通用機(jī)械、船舶與發(fā)電等領(lǐng)域的示范應(yīng)用范圍小，發(fā)展緩慢。“在中重卡、船機(jī)、工程機(jī)械等大負(fù)荷、使用環(huán)境惡劣等應(yīng)用場(chǎng)景，燃料電池目前在大功率化上還有不少技術(shù)難題需要解決，燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)顯然是更好的選擇。”李海樺建議，希望國(guó)家能夠立足于燃?xì)鋬?nèi)燃機(jī)動(dòng)力裝備多領(lǐng)域示范、氫能動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證等應(yīng)用場(chǎng)景，指導(dǎo)我國(guó)企業(yè)開展分布式、模塊化的高效靈活制氫關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項(xiàng)目，加快燃?xì)鋬?nèi)燃機(jī)動(dòng)力在我國(guó)的推廣應(yīng)用；行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)聯(lián)合加快技術(shù)開發(fā)，集中優(yōu)勢(shì)資源盡快解決兩種氫動(dòng)力系統(tǒng)中的主要技術(shù)難題，同時(shí)針對(duì)兩種氫能動(dòng)力系統(tǒng)適合的應(yīng)用場(chǎng)景，開展分布式、模塊化的高效靈活制氫關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項(xiàng)目，尋找大幅降低氫氣使用成本的最佳途徑，使得氫氣動(dòng)力系統(tǒng)的推廣應(yīng)用盡快獲得商業(yè)模式。

“加快國(guó)家燃?xì)鋬?nèi)燃機(jī)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展步伐，離不開國(guó)家出臺(tái)以鼓勵(lì)燃?xì)鋬?nèi)燃機(jī)動(dòng)力技術(shù)全領(lǐng)域應(yīng)用示范為指導(dǎo)方向的相關(guān)扶持政策。”李海樺說，政府需要盡快解決氫氣使用標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)難題，為氫能動(dòng)力的推廣提供政策便利條件。

2026年有望推向市場(chǎng)

正如孫柏剛所言，從2023年開始，如果企業(yè)再發(fā)布?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的消息就顯得有些“落伍”了，如今氫發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)逐漸從實(shí)驗(yàn)室里走出來，踏上了應(yīng)用與落地的發(fā)展新階段。

除了長(zhǎng)安與廣汽已于今年上半年正式發(fā)布旗下的氫發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品、中國(guó)一汽研發(fā)的紅旗全新混動(dòng)專用氫能發(fā)動(dòng)機(jī)首臺(tái)A樣機(jī)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(yùn)行的時(shí)間表或計(jì)劃：今年10月，一汽解放在互動(dòng)平臺(tái)表示，氫內(nèi)燃機(jī)在2022年首發(fā)點(diǎn)火后，一直在推進(jìn)開發(fā)工作，目前已進(jìn)入整車試制階段，計(jì)劃2024年3月交付用戶示范運(yùn)行；相較之下，“跑”得更快的濰柴動(dòng)力也在幾乎同一時(shí)間提出，已布局氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，完成了關(guān)鍵核心技術(shù)和商業(yè)化應(yīng)用的突破，掌握了一批原創(chuàng)性專利技術(shù)，并于2022年6月與中國(guó)重汽聯(lián)合發(fā)布了搭載濰柴動(dòng)力自主開發(fā)的13L氫內(nèi)燃機(jī)的全國(guó)首臺(tái)商業(yè)化氫內(nèi)燃機(jī)重卡。

同樣是在10月，康明斯也宣布旗下的15H氫內(nèi)燃機(jī)將在Terex Advance公司Commander系列前卸式混凝土攪拌車上配裝并進(jìn)行運(yùn)營(yíng)測(cè)試；值得一提的是，今年7月，博世官宣計(jì)劃在2024年前推出一款氫氣內(nèi)燃機(jī)，并表示該公司已經(jīng)獲得了來自所有主要經(jīng)濟(jì)地區(qū)的4個(gè)量產(chǎn)項(xiàng)目訂單。據(jù)悉，首批搭載博世氫氣內(nèi)燃機(jī)的車預(yù)計(jì)將于2024年上路。

關(guān)于氫內(nèi)燃機(jī)的未來，博世方面表示，到2030年，其氫氣內(nèi)燃機(jī)銷量將超過10萬臺(tái)。該公司人士認(rèn)為：“氫發(fā)動(dòng)機(jī)具備柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)高效地進(jìn)入氫動(dòng)力移動(dòng)出行領(lǐng)域。”

當(dāng)氫燃料價(jià)格降到比柴油更低時(shí)，氫能應(yīng)用就擁有了更多可能性。“我覺得內(nèi)燃機(jī)是‘吃粗糧’的，這可能是打開氫能源應(yīng)用的一把鑰匙。”孫柏剛認(rèn)為，內(nèi)燃機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)并不會(huì)被淘汰，下一階段，氮氧排放將成為氫內(nèi)燃機(jī)開發(fā)標(biāo)定的重點(diǎn)工作。與此同時(shí)，隨著氫內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(guó)內(nèi)多家車企已經(jīng)開展對(duì)于氨內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)，氫和氨的對(duì)立性和潛在的互補(bǔ)性為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了新的研究方向。

不過，廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)研發(fā)部部長(zhǎng)占文鋒指出，由于沒有先例，氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品還不能上公告，因此他預(yù)測(cè)，氫內(nèi)燃機(jī)相關(guān)產(chǎn)品正式推向市場(chǎng)的時(shí)間將在2026年或2027年。 

原標(biāo)題：氫燃料汽車趨緩，氫內(nèi)燃機(jī)車補(bǔ)位