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氢气内燃机有望纳入氢能发展战略

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021/9/29     浏览次数:    

近日,工信部在答复人大代表两项氢能相关的建议时表示,将积极配合相关部门制定氢能发展战略,研究推动把氢气内燃机纳入氢能发展战略中予以支持。


业内人士认为,氢燃料内燃机重新引起行业关注,或能成为氢能汽车的重要技术路径之一,但氢燃料内燃机的技术可行性、成本、经济性、配套设施建设等问题需要进一步评估。


契合降碳理念



不同于氢燃料电池的工作原理,氢内燃机与传统的汽柴油车用发动机类似,同样是将化学能转化为机械能,只是燃料变成了氢气而非化石燃料。


“交通领域碳排放约占28%,承担着较大的的减碳任务,这一领域减碳技术的进步和产品的更新将有利于碳中和目标的实现。目前,化石燃料为主的内燃机汽车仍然占据90%以上。”中国汽车技术研究中心高级工程师张长令认为,氢燃料内燃机以氢气为燃料,基本不产生碳排放,不仅是一种新的技术路线,也是交通领域降碳的有效手段。


今年4月,丰田汽车官方宣布将开始研发氢燃料内燃机,直接燃烧氢气产生动力。丰田社长丰田章男认为,氢气清洁零污染,且燃烧速度快,能够同时实现零碳排放和高热效率。不过从全球来看,氢内燃机这一技术仍未迎来规模化应用,仍处于初期的实验室研发状态。


采访过程中记者了解到,早在20多年前,宝马汽车就已经进行过氢内燃机研发探索。2000年,宝马生产了15辆氢燃料发动机汽车,采用了燃油、氢气切换利用的技术路线,但目前为止,研发进度止步于这15辆汽车中。


促进氢能技术多元化发展



张长令认为:“近几年,氢能产业发展火热,氢能产业涉及氢气制备、储运、加注等氢气供给及氢能技术的应用,环节众多,但目前国内对于氢能技术的应用过多聚焦于燃料电池汽车。氢燃料内燃机作为氢能技术在移动领域应用的一条新的技术路线,既能促进车用能源的多元化,也同样能够推进氢能产业技术路径多元化。”


事实上,我国早已开始鼓励对汽车发展技术路径的多元化探索。2017年4月,工信部、发展改革委、科技部联合印发《汽车产业中长期发展规划》,明确指出“推动先进燃油汽车、混合动力汽车和替代燃料汽车研发。鼓励天然气、生物质等资源丰富的地区发展替代燃料汽车,允许汽车出厂时标称油气两用,开展试点和推广应用,促进车用能源多元化发展”。


正是在此基础上,工信部近日提出,接下来将积极配合相关部门制定氢能发展战略,研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持。


“经过多年研发努力,已经克服了氢燃料内燃机存在的一些问题,如热效率已突破42%,爆震、高压缸内直喷、点火角控制都得到很好的解决,但也还有一些问题尚待解决。”北京久安通氢能科技有限公司总经理、教授级高级工程师张立芳表示,氢燃料内燃机的效率在逐渐提高,目前百公里氢耗约1公斤多。


“事实上,与传统汽柴油等燃料相比,烧氢虽没有硫化物等污染气体排放,但由于氢内燃机需要氢混合一部分空气燃烧提供动力,因此仍然存在氮氧化物的排放问题,目前已在技术上有一定突破,能够将这一排放指标比燃油车的G5排放标准低近2倍的水平。”张立芳介绍称。


“如果发展到同等规模,氢燃料内燃机汽车的制造成本可能比燃料电池汽车低很多,氢燃料内燃机用旧发动机就可以进行改装,且改造成本不高,经济性有优势。”张立芳表示,我国目前已有数辆氢燃料内燃机汽车在进行数据验证,北京理工大学、天津大学、一汽、长城汽车、长安汽车、潍柴、玉柴等都在积极研发中。


需进一步论证可行性



虽然氢燃料内燃机重新回到人们的视野,但是否应该大力推广发展仍需要进一步评估论证。


“发展氢燃料内燃机可以借助原有的内燃机产业基础,且国内的内燃机企业数量众多。但值得注意的是,如果传统内燃机企业寻求绿色低碳转型,氢燃料内燃机能否是一条可行的路子有待论证,其技术复杂程度、可行性以及氢燃料内燃机本身的效率、燃料的供给等问题,同时还要考虑企业现有的资源如何利用。”张长令认为。


“在技术层面,仍需验证氢腐蚀和氢脆对氢燃料发动机结构和发动机内部材料的影响,此外,在氢的环境下,如何避免发动机所需的润滑油变质、乳化,都需要进一步研究。”张立芳表示。


张立芳强调,燃料电池所需的氢气纯度要求更高,而氢燃料内燃机可适当吃“粗粮”,在绿氢价格尚未降低的前提下,可利用灰氢解决氢燃料内燃机汽车的氢源问题,因此氢的使用成本会更低。


氢燃料内燃机与燃料电池所用氢气在纯度、杂质要求方面差距较大,如果用现有的加氢站作为氢燃料内燃机汽车的供氢基础设施,可能是一种资源浪费。张长令直言,如果大力推广氢燃料内燃机,关键技术研发、技术体系建设,以及氢燃料内燃机汽车的示范推广、配套基础设施建设等方面将投入巨大,此外对顶层设计、产业管理、产业体系建设而言都是庞大的工程,如何解决好这些问题值得深入思考。


此外,张立芳表示,氢燃料内燃机目前还没有相关行业标准,其推广发展需要相应的政策指导和支持措施,同时建立标准体系、试点示范项目和配套供氢系统。


工信部也在答复中强调,下一步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,适时推动急需标准制定。

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