主机厂密集布局“第三条”技术路线 氢内燃机发展进入“快车道”

      今年11月初，北汽宣布首台氢内燃机完成试制、装配，随后北汽研究总院与北京工业大学成立联合工作小组在北工大实验室共同开展燃烧开发工作。而在早些时候，一汽、广汽、长城及潍柴等自主整车和零部件企业也相继发布了相关技术、规划。

    “氢内燃机能够在最大化利用内燃机成熟工业基础的前提下，实现接近氢燃料电池的减排目的，大幅降低研发成本和时间。”有业内技术人士分析认为，“这一路线被很多车企看重并积极尝试，并非没有道理。”

       所谓氢内燃机，即把氢气充进气缸，氢气在气缸内燃烧做功。我国自主研制的第一台氢内燃机由长安在2007年打造，距今已15年。如今，在双碳目标之下，这一一度被束之高阁的技术路线因较低的开发使用成本和混动技术的成熟，又重返赛道。

     “（氢内燃机的开发）基本可沿用现有产业链，然后在重点零部件部分进行重新开发，如喷油器、增压器等涉及氢脆的部件。”北汽研究总院动力中心主任张艳青告诉财联社记者，“与氢燃料电池相比，氢内燃机在自身成本、使用成本、耐久性等方面有优势；其次，与传统汽油机相比，氢能发动机热效率更高，更适用于混动场景。”

        抛开少部分技术差异，氢内燃机本质上即是一台内燃机，车企基于已量产内燃机升级改造后，实现“低成本”的同时规避了氢燃料电池的“高成本”劣势，且与锂电池结合后，还能通过混动模式一定程度上解决效率偏低造成的续航问题。

        除了北汽，同样在对氢内燃机进行研发的广汽，也把目光投向了氢内燃机与锂电结合的混动模式。

      “（广汽）设计的高效增压系统降低了换气阻力，提升了充气效率，并拓展了氢气发动机的稀薄燃烧极限，同时开发的氢气发动机专用管理系统，最终实现了氢气发动机的稳定运行和优越的性能输出，目标有效热效率将突破44%，与传统高效汽柴油机热效率水平相当。”广汽研究院相关人士告诉财联社记者，“氢发动机若进一步使用混合动力系统后，通过整车工况点运行适应性调整，系统效率可以进一步提高。”

       两种技术的结合，一定程度上解决了氢内燃机热效率偏低的“先天不足”。安徽明天氢能科技创始人、董事长王朝云向财联社记者表示，氢内燃机是在纯电动、氢燃料电池之外的一条技术路线，但该路线并不完美，存在一些需要解决的技术问题，比如热效率偏低等。

       虽然目前行业已通过混动技术弥补了氢内燃机热效率偏低的短板，但其固有的特性，仍在一定程度上制约着其商业化进程。

       氢燃料电池被广泛共识为未来重要的技术路线，核心因素之一是其燃烧产物只有水，没有任何有害、污染物质。然而，氢内燃机加上“内燃机”三个字后，污染成为了关键命题——虽然氢气和氧气反应后会形成水，但这只发生在理想的纯氧状态，氢内燃机在高温工作时，会生成NOx，即氮氧化合物。

     “氢内燃机通过燃烧做功的机理导致存在一定的排放，包括NOx排放和润滑油带来的少量颗粒和碳氢排放。”张艳青并不否认这种排放问题的存在，“（北汽的解决方式是）配合燃烧控制策略和后处理系统，使得氢内燃机可以做到‘准零排放’。”

       与北汽相仿，上述广汽研究院相关人士亦表示，广汽氢发动机采用超稀薄燃烧模式，大幅降低了氮氧化物的排放。“从目前测试结果来看，完全满足国六甚至更高的排放要求，若采用SCR系统可将排放降低到零环境影响的程度。”该人士表示。

       通过技术收到在解决排放问题后，氢内燃机似乎有了与当前商业化程度更高的氢燃料电池路线同台竞技的机会。

      今年3月，国家发改委、国家能源局正式印发了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分的战略定位,和氢能产业的中长期发展目标。在这一背景下，氢燃料电池和氢内燃机两种技术路线的并行发展，都有利于这一规划目标的实现。

      “从使用角度来看，燃料电池需要吃‘细粮’，要求氢气的纯度达到99.99%。而氢内燃机则没那么‘娇贵’，对氢气的纯度没有特别要求，而且在高负荷区具有较高的综合效率。对于承担货物运输的中重卡来说，氢内燃机是更经济且更高效的选择。”天津大学教授姚春德对两种不同技术路线的应用场景予以了展望。

来源：财联社

作者：张屹鹏