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作为减碳技术路线的补充 氢内燃机前景如何
 时间:2021-11-25 13:13:06 来源: 中国汽车报 点击: 
  前不久,康明斯宣布开展氢燃料内燃机(H2-ICE)计划,将开发6.7升中型和15升重型氢内燃机。
 
  在“双碳”目标下,国内外企业都在发力氢内燃机,氢内燃机能否给汽车内燃机行业带来希望?
 
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  氢能成为能源转型升级重要支撑
 
  康明斯公司发动机业务总裁潘澍康(Srikanth Padmanabhan)说:“作为PLANET 2050可持续发展战略的一部分,我们制定了重要计划,包括零排放计划。减少从油井到车轮(well-to-wheels)的碳排放,需要在能源和电力解决方案方面进行创新。虽然电池-电动和燃料电池-电动动力系统都很有前景,但将成熟的内燃机与氢能技术相结合,也可为今后的零排放解决方案提供重要补充。”
 
  当下,碳达峰、碳中和已成为全球共识。各个国家、地区正在按各自时间表行动。“双碳”目标确立,影响各行各业的产业重构,尤其对汽车产业影响巨大。
 
  作为全球柴油、天然气、混合动力等多元动力系统的先行者,康明斯从清洁柴油汽车到天然气汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车,一直致力于为客户提供多元化动力解决方案,满足客户需求。记者了解到,基于下一代平台,康明斯新型氢内燃机的目标是实现零碳排放、提升功率密度和热效率。
 
  有行业人士指出,随着各国碳中和目标的确立,发动机企业将面临一定的挑战,康明斯开发氢内燃机也是转型的体现。氢能是“双碳”背景下实现能源转型升级的重要支撑,作为氢能源汽车的两个发展方向,氢内燃机汽车和氢燃料电池汽车并不冲突。
 
  值得注意的是,在中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟举办的“十四五”氢能产业发展论坛上,康明斯已经成为中国氢能联盟成员单位。
 
  此前,康明斯副总裁、发动机事业部总工程师白纳川(Jonathan White)表示:“作为动力电池及可再生天然气动力链的补充,氢内燃机项目为运输业实现可持续发展提供了更多地潜在技术选择。”
 
  据悉,康明斯6.7升氢内燃机将侧重用于中型卡车、公共汽车、挖掘机及轮式装载机的应用,15升氢燃料发动机将主要应用于重型长途卡车。
 
  自主品牌发力氢内燃机挑战依旧存在
 
  记者了解到,早在2000年,宝马就制造了15辆世界首款可以达到量产级别的氢气发动机汽车宝马750hL。该车配装5.4升V12发动机,发动机可以在氢燃料和汽油间任意变换。
 
  次年,福特也发布了一款以福克斯为原型、配装2.0升氢气发动机的轿车。不过,之后在行业内并没有激起太大的水花。
 
  氢内燃机路线多年前被整车企业放置一边,原因是多方面的,比如技术难度较大、企业战略方向调整、加氢站建设滞后、氢气成本高昂等。
 
  2007年,我国自主研制的第一台高效低排放氢内燃机在重庆长安汽车集团成功地实现点火。高效低排放氢内燃机是国家“863计划”惟一立项的氢燃料重点项目。
 
  行业人士指出,它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术已经获得了突破性的进展,为氢内燃机的产业化打下了基础。当前,自主品牌氢内燃机的技术研究还在进行中。
 
  今年6月17日,长城汽车蜂巢动力第1000万台发动机下线,蜂巢动力还展示了未来的产品规划,其中包括6款全新发动机,即1.5L第五代DHT发动机、2.0L第五代发动机、2.0T稀燃预燃室发动机、合成燃料专用发动机、氢气发动机。据了解,长城研发的氢气发动机能输出最大功率120kW,峰值扭矩230N·m,并且配装氢气专用直喷系统、高压耐腐蚀氢气供给系统等多项新产品,发动机的热效率达到42%。
 
  紧接着,广汽自主研发的首款氢气发动机点火成功。这标志着广汽发动机正式迈入“零碳排放”时代。该款发动机是基于广汽第四代发动机平台自主研发的,广汽集团拥有完全自主知识产权,热效率为44%。
 
  新能源汽车行业独立研究者曹广平表示,氢作为代用燃料为发动机所使用,可能是发动机最后的一点机会。他认为,氢内燃机有可能作为电池类、电容类电动汽车的增程器过渡使用。氢内燃机的缸内燃烧有其自身特点,在发动机设计上需要进行较多改进,产业化应用或需很长过程才有可能实现。
 
  曹广平进一步指出,氢内燃机是氢燃料电池商业化之前的一种过渡性质的发动机。除非使用更多的氧气,否则,用空气配合燃烧,氢发动机的氮氧化物排放不可避免;余热得不到很好利用,热效率不高。
 
  政策或将助力氢内燃机发展
 
  麦肯锡咨询公司称,氢内燃机或可拯救内燃机汽车,通过改装传统内燃机,使其燃烧氢气,是实现内燃机减少排放并持续生存的一个技术选项;不过,改烧氢气后,内燃机虽然可实现零碳排放,但依旧会产生氮氧化物污染,需要增加催化设备进行后处理,这也是多数人认为燃料电池汽车是清洁利用氢的重要原因。
 
  吉利商用车首席科学家刘汉如介绍,欧洲正在大力发展氢能动力产业;除了氢燃料电池外,欧洲几乎所有主流商用车企业都已开始对氢内燃机的可行性研究,已经成立了氢气发动机联盟。
 
  刘汉如认为,我国现有工业副产制氢潜力450万吨以上,可直接用于氢内燃机使用。
 
  考虑到可靠性、成本、经济性等因素,氢气发动机是一个非常有吸引力的零二氧化碳商用车动力解决方案。氢内燃机可充分利用现有内燃机产业基础。此外,中国已经有部分企业和高校在该领域取得一些研究成果。
 
  一直以来,康明斯都在积极布局氢能产业。比如,康明斯正在持续投资研发氢能交通技术,研究对象包括氢燃料发动机、燃料电池、电解槽和储氢罐。
 
  康明斯与储氢企业NPROXX的合资伙伴关系,将促成燃料电池或氢内燃机机与车辆上高压气罐和供应线集成能力。NPROXX也是设计、开发和制造高压氢存储容器的领先供应商,为用户实现快速加氢。氢的高能量密度保证了在不影响车辆有效负载或运输里程的情况下,能够轻松集成车载气体存储。
 
  这或许能给我国企业布局氢内燃机提供一些思路。中汽创智首席执行官李丰军表示,国内氢能技术基础和产业基础基本上已经形成,但在双极板、膜电极催化剂、碳子、质子膜材料等方面还有待突破,需要汽车企业、石化企业甚至造纸企业以及行业组织联合攻关,氢能产业还处在培育期。
 
  值得一提的是,今年8月,工信部在《对十三届全国人大四次会议第5736号建议的答复》中表示,将根据氢气发动机技术进步和应用推广情况,进一步评估现行标准体系的适应性和差异性,提前布局相关标准预研,适时推动标准制定,有力支撑氢气汽车科学合理发展。
 
  有行业人士指出,工信部曾经召开专题会议,鼓励发展氢能产业,同时大力开发氢内燃机,这种政策的刺激或许会对氢内燃机的发展起到促进作用。
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