“做內燃機的再不轉型做氫能源就得失業(yè)了。”日前，一位車輛工程專業(yè)畢業(yè)如今從事電動車研發(fā)的業(yè)內人士在聊天中告訴《中國汽車報》記者。
力爭2030年前實現(xiàn)“碳達峰”、2060年前實現(xiàn)“碳中和”——這是中國對世界的承諾。近日，國務院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，提出到2030年，當年新增新能源、清潔能源動力的交通工具比例要達到40％左右。
在此大背景之下，“動力技術路線多元化”的共識正在替代此前的“禁燃”聲音，內燃機行業(yè)也主動求變，正在進行深刻地轉型探索和產業(yè)變革。其中，以擁抱氫能為主的一系列清潔能源及新能源技術路線成為內燃機低碳和脫碳轉型的重要方向。“雙碳”變革下，百年內燃機產業(yè)或將煥發(fā)新生。
氫內燃機悄然升溫
在近日舉辦的“氫內燃機系統(tǒng)技術討論會”上，業(yè)內專家代表達成共識：應積極開展內燃機燃料多元化技術路線發(fā)展，推動內燃機應用低碳清潔新能源。其中，采用氫氣作為內燃機燃料成為產業(yè)鏈關注的焦點。
今年，豐田推出了配備氫氣發(fā)動機的卡羅拉氫燃料賽車，在賽車上應用氫內燃機也被部分人看作是豐田氫內燃機民用的前期驗證和嘗試。豐田公司社長豐田章男指出，氫氣燃燒速度快，可以在使駕駛者享受燃燒帶來的聲音和振動的同時，實現(xiàn)車輛零碳排放和高熱效率。
確實，對于那些熱衷于傳統(tǒng)內燃機汽車駕駛感受的消費者來說，如果氫內燃機與汽油發(fā)動機擁有相同的駕駛感受、性能以及排氣聲浪，而排放僅有水和非常少量的氮氧化物，那么吸引力是巨大的。
早在2005年，寶馬就推出了氫動力7系，不過并不面對市場，而是用來作巡回展示使用。此后一段時間內，氫內燃機發(fā)展勢頭有所減弱。如今，在全球節(jié)能減排以及我國“雙碳”目標的指引之下，氫內燃機又悄然升溫。
據(jù)外媒報道，康明斯已開始測試氫燃料內燃機。“氫燃料發(fā)動機在減少排放和為客戶提供動力和性能方面極具潛力。”康明斯發(fā)動機部門總裁Srikanth Padmanabhan表示。
據(jù)介紹，目前，歐洲幾乎所有的主流商用車主機廠都在關注或者已經開始對氫氣發(fā)動機的可行性研究，已經成立了包括主機廠、關鍵零部件等22家企業(yè)的氫氣發(fā)動機聯(lián)盟。比如曼恩計劃在2021年正式推出樣車，2023年或2024年將首批車輛交給用戶試運營。
北京理工大學教授孫柏剛指出，氫內燃機正在被重新關注，氫氣是優(yōu)異的內燃機替代燃料，而氫燃料與汽油、柴油或天然氣等特性差別巨大，類似“汽油機”和“柴油機”的區(qū)別，是一種新型內燃機，而且關鍵零部件和生產制造系統(tǒng)完全通用，并且同樣可實現(xiàn)“零碳排放”。
我國的氫內燃機研發(fā)也正在緊鑼密鼓地進行中。在乘用車領域，一汽集團首臺氫能發(fā)動機順利點火，并有望搭載于紅旗車型上。一汽創(chuàng)新技術研究院院長李紅建表示，氫能發(fā)動機和氫燃料電池將構成一汽集團氫能戰(zhàn)略的兩大組成部分。
在商用車領域，基于漢馬動力13L天然氣發(fā)動機的AVL氫氣發(fā)動機已經進入研究階段。浙江吉利新能源商用車集團有限公司首席科學家劉漢如表示，氫氣發(fā)動機是碳中和目標下重型商用車的重要解決方案之一，并具有零排放的潛力。
劉漢如指出，重型氫內燃機具備成本接近柴油機和氣體機，高負荷區(qū)具有較高的綜合效率，對氫氣的純度要求低，可靠性類似氣體機，可以延續(xù)傳統(tǒng)動力車的生命周期并使現(xiàn)有設施不被浪費等優(yōu)勢。
氫能雙輪驅動產業(yè)發(fā)展
在汽車上應用氫能，主要分為兩種，一是近年來大火的氫燃料電池車，主要采用氫或含氫物質與氧在燃料電池中反應產生電力推動電動機，由電動機推動車輛。另一種則是氫內燃機，以氫氣作為燃料而產生動力。雙輪驅動之下，廣泛使用氫燃料不僅是發(fā)展氫經濟的關鍵因素，更是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要方向。
新形勢下，劉漢如在今年的“全國兩會”上提出了以“關于鼓勵發(fā)展零碳排放氫氣發(fā)動機”為主題的十三屆全國人大四次會議第5736號建議。今年8月10日，工信部對這一建議的答復在業(yè)內引起了廣泛的影響和關注。
工信部答復建議表示，下一步將積極配合相關部門制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略，研究推動將氫氣內燃機納入其中予以支持。工信部將根據(jù)氫氣發(fā)動機技術進步和應用推廣情況，進一步評估現(xiàn)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，有力支撐氫氣汽車科學合理發(fā)展。
據(jù)了解，目前，我國有29個省市區(qū)出臺的政策涉及氫能產業(yè)發(fā)展，超過48座城市發(fā)布了氫能政策，推動氫能產業(yè)發(fā)展。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟的估算，到2030年，中國氫氣需求量將達3500萬噸，在終端能源體系中占比5％；到2050年，氫能在終端能源體系中的占比將至少達到10％，氫氣需求量接近6000萬噸，可減排約7億噸二氧化碳，產業(yè)鏈年產值約12萬億元。
長城集團未勢能源科技有限公司總裁陳雪松表示，氫能和燃料電池可以助力減碳、脫碳，是中國能源和交通變革、實現(xiàn)“雙碳”目標的主要路徑。
清潔能源豐富內燃機多元化內涵
除了氫內燃機以外，使用甲醇、氨等清潔能源也是內燃機未來非常具有潛力的發(fā)展方向，相關零部件公司也進行了全面的布局。
馬瑞利動力系統(tǒng)中國區(qū)總經理、副總裁陳廷接受《中國汽車報》記者采訪時表示，馬瑞利正在開發(fā)各種類的內燃機節(jié)能、減排與清潔燃料方面的技術，發(fā)展方向涵蓋醇類靈活燃料電噴系統(tǒng)（包括甲醇、乙醇），壓縮天然氣（CNG）和氫動力發(fā)動機的電噴系統(tǒng)。例如，馬瑞利和國內主機廠開始了適用于MPI發(fā)動機的甲醇噴油器、油軌總成和電控單元ECU的開發(fā)，在傳統(tǒng)汽油MPI噴油器的基礎上，對部分結構設計改進與材料的技術提升，可以顯著提升噴油器對甲醇燃料的抗腐蝕性能，減少噴油器使用過程中結焦、積碳等造成的對噴油器流量漂移的影響，并且目前已經具備量產能力。
“氫能內燃機同已經推廣的甲醇汽車和甲醇內燃機，正在構成我國新能源內燃機完整的技術體系和系列產品。”工信部甲醇汽車推廣應用專家指導委員會秘書長魏安力表示，我國氫能內燃機和甲醇內燃機，以應用可再生能源－甲醇燃料，應用甲醇在線制氫裝備所獲得的氫能，被業(yè)界稱為“新能源內燃機”。
中國汽車工程學會理事長、中國工程院院士、清華大學教授李駿在今年的中國汽車工程學會年會上提出五大融合方向，其中一大方向是氨-氫燃料融合，打造氨氫融合新能源零排放內燃機。
李駿指出，氫能源汽車目前存在明顯的長尾效應，氫氨融合一體化能源汽車可能將會是絕佳解決方案。氨作為燃料優(yōu)勢很多，包括能量密度高、易液化、易于運輸、設備完善、可用LNG運輸、產量和生產效率遠遠高于液氫、成本低、安全性高、不易爆炸等。全球氨能源非常豐富，特別是我國是全球氨生產大國，全世界每年生產大概2億噸左右，我國的產能大約占到全球的四分之一。
同濟大學汽車學院燃料噴射與燃燒研究所所長李理光則介紹了氬氣動力循環(huán)內燃機，利用惰性氣體反應不活躍的特性，可以最大程度保存熱量并完全運輸?shù)较乱贿^程，從而大幅提高內燃機效率，高效、可靠且實現(xiàn)零碳排放。“當通過水電解制氫和氧時，氬氣會是氫氣發(fā)動機最好的助力，目前我們利用甲烷制氫實現(xiàn)了初步探索，已經可以實現(xiàn)內燃機效率達到51.7%。”他說。
劉漢如透露，吉利汽車還在進行甲醇氫氣摻燒發(fā)動機技術的研究。
而對于氫氣和汽油混合，改善汽油霧化和燃燒這一技術路線，陳廷指出，馬瑞利目前正在進行前期的市場、技術調研，并準備隨時進入實質性的開發(fā)階段。
綜上，正如李理光所說，“我們面向的目標是未來的氫能社會”，無論是甲醇、氨、氬氣或是其他，目前內燃機轉型的技術路線主要圍繞著未來的氫能社會。
清華大學汽車產業(yè)與技術戰(zhàn)略研究院院長趙福全指出，汽車產業(yè)實現(xiàn)雙碳目標的應對策略可以概括為：以車輛全生命周期減碳為核心，以多產業(yè)、多領域協(xié)同脫碳為基礎，最后以負碳技術為補充。具體到生產減碳領域，則包括能效提升、工藝創(chuàng)新、燃料/原料替代和綠色能源使用等。他認為，一旦綠色燃料更加普及，碳中和提上議程，氨、甲醇、生物燃料等綠色燃料內燃機的開發(fā)也是重要的問題。
日本環(huán)保經濟學家西脇文男近日在一場論壇上也表示，在德國、日本等內燃機生產大國，人們擔心隨著EV汽車發(fā)展，不生產內燃機汽車的話，零部件行業(yè)就業(yè)將得不到保障，因此下一代綠色燃料e-fuel現(xiàn)在非常引人關注，研發(fā)非常重要，大家對其寄予厚望。
實習編輯：高晨旭
