氫氣內燃機有望納入氫能發展戰略
發布時間：
2022-06-02
業內人士認為，氫燃料內燃機重新引起行業關注，或能成為氫能汽車的重要技術路徑之一，但氫燃料內燃機的技術可行性、成本、經濟性、配套設施建設等問題需要進一步評估。
近日，工信部在答復人大代表兩項氫能相關的建議時表示，將積極配合相關部門制定氫能發展戰略，研究推動把氫氣內燃機納入氫能發展戰略中予以支持。
業內人士認為，氫燃料內燃機重新引起行業關注，或能成為氫能汽車的重要技術路徑之一，但氫燃料內燃機的技術可行性、成本、經濟性、配套設施建設等問題需要進一步評估。
契合降碳理念
不同于氫燃料電池的工作原理，氫內燃機與傳統的汽柴油車用發動機類似，同樣是將化學能轉化為機械能，只是燃料變成了氫氣而非化石燃料。
“交通領域碳排放約占28%，承擔著較大的的減碳任務，這一領域減碳技術的進步和產品的更新將有利于碳中和目標的實現。目前，化石燃料為主的內燃機汽車仍然占據90%以上。”中國汽車技術研究中心高級工程師張長令認為，氫燃料內燃機以氫氣為燃料，基本不產生碳排放，不僅是一種新的技術路線，也是交通領域降碳的有效手段。
今年4月，豐田汽車官方宣布將開始研發氫燃料內燃機，直接燃燒氫氣產生動力。豐田社長豐田章男認為，氫氣清潔零污染，且燃燒速度快，能夠同時實現零碳排放和高熱效率。不過從全球來看，氫內燃機這一技術仍未迎來規模化應用，仍處于初期的實驗室研發狀態。
采訪過程中記者了解到，早在20多年前，寶馬汽車就已經進行過氫內燃機研發探索。2000年，寶馬生產了15輛氫燃料發動機汽車，采用了燃油、氫氣切換利用的技術路線，但目前為止，研發進度止步于這15輛汽車中。
促進氫能技術多元化發展
張長令認為：“近幾年，氫能產業發展火熱，氫能產業涉及氫氣制備、儲運、加注等氫氣供給及氫能技術的應用，環節眾多，但目前國內對于氫能技術的應用過多聚焦于燃料電池汽車。氫燃料內燃機作為氫能技術在移動領域應用的一條新的技術路線，既能促進車用能源的多元化，也同樣能夠推進氫能產業技術路徑多元化。”
事實上，我國早已開始鼓勵對汽車發展技術路徑的多元化探索。2017年4月，工信部、發展改革委、科技部聯合印發《汽車產業中長期發展規劃》，明確指出“推動先進燃油汽車、混合動力汽車和替代燃料汽車研發。鼓勵天然氣、生物質等資源豐富的地區發展替代燃料汽車，允許汽車出廠時標稱油氣兩用，開展試點和推廣應用，促進車用能源多元化發展”。
正是在此基礎上，工信部近日提出，接下來將積極配合相關部門制定氫能發展戰略，研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持。
“經過多年研發努力，已經克服了氫燃料內燃機存在的一些問題，如熱效率已突破42%，爆震、高壓缸內直噴、點火角控制都得到很好的解決，但也還有一些問題尚待解決。”北京久安通氫能科技有限公司總經理、教授級高級工程師張立芳表示，氫燃料內燃機的效率在逐漸提高，目前百公里氫耗約1公斤多。
“事實上，與傳統汽柴油等燃料相比，燒氫雖沒有硫化物等污染氣體排放，但由于氫內燃機需要氫混合一部分空氣燃燒提供動力，因此仍然存在氮氧化物的排放問題，目前已在技術上有一定突破，能夠將這一排放指標比燃油車的G5排放標準低近2倍的水平。”張立芳介紹稱。
“如果發展到同等規模，氫燃料內燃機汽車的制造成本可能比燃料電池汽車低很多，氫燃料內燃機用舊發動機就可以進行改裝，且改造成本不高，經濟性有優勢。”張立芳表示，我國目前已有數輛氫燃料內燃機汽車在進行數據驗證，北京理工大學、天津大學、一汽、長城汽車、長安汽車、濰柴、玉柴等都在積極研發中。
需進一步論證可行性
雖然氫燃料內燃機重新回到人們的視野，但是否應該大力推廣發展仍需要進一步評估論證。
“發展氫燃料內燃機可以借助原有的內燃機產業基礎，且國內的內燃機企業數量眾多。但值得注意的是，如果傳統內燃機企業尋求綠色低碳轉型，氫燃料內燃機能否是一條可行的路子有待論證，其技術復雜程度、可行性以及氫燃料內燃機本身的效率、燃料的供給等問題，同時還要考慮企業現有的資源如何利用。”張長令認為。
“在技術層面，仍需驗證氫腐蝕和氫脆對氫燃料發動機結構和發動機內部材料的影響，此外，在氫的環境下，如何避免發動機所需的潤滑油變質、乳化，都需要進一步研究。”張立芳表示。
張立芳強調，燃料電池所需的氫氣純度要求更高，而氫燃料內燃機可適當吃“粗糧”，在綠氫價格尚未降低的前提下，可利用灰氫解決氫燃料內燃機汽車的氫源問題，因此氫的使用成本會更低。
氫燃料內燃機與燃料電池所用氫氣在純度、雜質要求方面差距較大，如果用現有的加氫站作為氫燃料內燃機汽車的供氫基礎設施，可能是一種資源浪費。張長令直言，如果大力推廣氫燃料內燃機，關鍵技術研發、技術體系建設，以及氫燃料內燃機汽車的示范推廣、配套基礎設施建設等方面將投入巨大，此外對頂層設計、產業管理、產業體系建設而言都是龐大的工程，如何解決好這些問題值得深入思考。
此外，張立芳表示，氫燃料內燃機目前還沒有相關行業標準，其推廣發展需要相應的政策指導和支持措施，同時建立標準體系、試點示范項目和配套供氫系統。
工信部也在答復中強調，下一步將根據氫氣發動機技術進步和應用推廣情況，進一步評估現行標準體系的適應性和差異性，提前布局相關標準預研，適時推動急需標準制定。
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