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双碳行动 || 拥抱氢能 内燃机“最后”的机会?

来源:中国汽车报 浏览次数:116 发布日期:2021-11-16

“做内燃机的再不转型做氢能源就得失业了。”日前,一位车辆工程专业毕业如今从事电动车研发的业内人士在聊天中告诉《中国汽车报》记者。

力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”——这是中国对世界的承诺。近日,国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》,提出到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例要达到40%左右。

在此大背景之下,“动力技术路线多元化”的共识正在替代此前的“禁燃”声音,内燃机行业也主动求变,正在进行深刻地转型探索和产业变革。其中,以拥抱氢能为主的一系列清洁能源及新能源技术路线成为内燃机低碳和脱碳转型的重要方向。“双碳”变革下,百年内燃机产业或将焕发新生。

氢内燃机悄然升温 

在近日举办的“氢内燃机系统技术讨论会”上,业内专家代表达成共识:应积极开展内燃机燃料多元化技术路线发展,推动内燃机应用低碳清洁新能源。其中,采用氢气作为内燃机燃料成为产业链关注的焦点。

今年,丰田推出了配备氢气发动机的卡罗拉氢燃料赛车,在赛车上应用氢内燃机也被部分人看作是丰田氢内燃机民用的前期验证和尝试。丰田公司社长丰田章男指出,氢气燃烧速度快,可以在使驾驶者享受燃烧带来的声音和振动的同时,实现车辆零碳排放和高热效率。

确实,对于那些热衷于传统内燃机汽车驾驶感受的消费者来说,如果氢内燃机与汽油发动机拥有相同的驾驶感受、性能以及排气声浪,而排放仅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,宝马就推出了氢动力7系,不过并不面对市场,而是用来作巡回展示使用。此后一段时间内,氢内燃机发展势头有所减弱。如今,在全球节能减排以及我国“双碳”目标的指引之下,氢内燃机又悄然升温。

据外媒报道,康明斯已开始测试氢燃料内燃机。“氢燃料发动机在减少排放和为客户提供动力和性能方面极具潜力。”康明斯发动机部门总裁Srikanth Padmanabhan表示。

据介绍,目前,欧洲几乎所有的主流商用车主机厂都在关注或者已经开始对氢气发动机的可行性研究,已经成立了包括主机厂、关键零部件等22家企业的氢气发动机联盟。比如曼恩计划在2021年正式推出样车,2023年或2024年将首批车辆交给用户试运营。

北京理工大学教授孙柏刚指出,氢内燃机正在被重新关注,氢气是优异的内燃机替代燃料,而氢燃料与汽油、柴油或天然气等特性差别巨大,类似“汽油机”和“柴油机”的区别,是一种新型内燃机,而且关键零部件和生产制造系统完全通用,并且同样可实现“零碳排放”。

我国的氢内燃机研发也正在紧锣密鼓地进行中。在乘用车领域,一汽集团首台氢能发动机顺利点火,并有望搭载于红旗车型上。一汽创新技术研究院院长李红建表示,氢能发动机和氢燃料电池将构成一汽集团氢能战略的两大组成部分。

在商用车领域,基于汉马动力13L天然气发动机的AVL氢气发动机已经进入研究阶段。浙江吉利新能源商用车集团有限公司首席科学家刘汉如表示,氢气发动机是碳中和目标下重型商用车的重要解决方案之一,并具有零排放的潜力。

刘汉如指出,重型氢内燃机具备成本接近柴油机和气体机,高负荷区具有较高的综合效率,对氢气的纯度要求低,可靠性类似气体机,可以延续传统动力车的生命周期并使现有设施不被浪费等优势。

氢能双轮驱动产业发展

在汽车上应用氢能,主要分为两种,一是近年来大火的氢燃料电池车,主要采用氢或含氢物质与氧在燃料电池中反应产生电力推动电动机,由电动机推动车辆。另一种则是氢内燃机,以氢气作为燃料而产生动力。双轮驱动之下,广泛使用氢燃料不仅是发展氢经济的关键因素,更是实现“双碳”目标的重要方向。

新形势下,刘汉如在今年的“全国两会”上提出了以“关于鼓励发展零碳排放氢气发动机”为主题的十三届全国人大四次会议第5736号建议。今年8月10日,工信部对这一建议的答复在业内引起了广泛的影响和关注。

工信部答复建议表示,下一步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。工信部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,有力支撑氢气汽车科学合理发展。

据了解,目前,我国有29个省市区出台的政策涉及氢能产业发展,超过48座城市发布了氢能政策,推动氢能产业发展。根据中国氢能联盟的估算,到2030年,中国氢气需求量将达3500万吨,在终端能源体系中占比5%;到2050年,氢能在终端能源体系中的占比将至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨,可减排约7亿吨二氧化碳,产业链年产值约12万亿元。

长城集团未势能源科技有限公司总裁陈雪松表示,氢能和燃料电池可以助力减碳、脱碳,是中国能源和交通变革、实现“双碳”目标的主要路径。

清洁能源丰富内燃机多元化内涵

除了氢内燃机以外,使用甲醇、氨等清洁能源也是内燃机未来非常具有潜力的发展方向,相关零部件公司也进行了全面的布局。

马瑞利动力系统中国区总经理、副总裁陈廷接受《中国汽车报》记者采访时表示,马瑞利正在开发各种类的内燃机节能、减排与清洁燃料方面的技术,发展方向涵盖醇类灵活燃料电喷系统(包括甲醇、乙醇),压缩天然气(CNG)和氢动力发动机的电喷系统。例如,马瑞利和国内主机厂开始了适用于MPI发动机的甲醇喷油器、油轨总成和电控单元ECU的开发,在传统汽油MPI喷油器的基础上,对部分结构设计改进与材料的技术提升,可以显著提升喷油器对甲醇燃料的抗腐蚀性能,减少喷油器使用过程中结焦、积碳等造成的对喷油器流量漂移的影响,并且目前已经具备量产能力。

“氢能内燃机同已经推广的甲醇汽车和甲醇内燃机,正在构成我国新能源内燃机完整的技术体系和系列产品。”工信部甲醇汽车推广应用专家指导委员会秘书长魏安力表示,我国氢能内燃机和甲醇内燃机,以应用可再生能源-甲醇燃料,应用甲醇在线制氢装备所获得的氢能,被业界称为“新能源内燃机”。

中国汽车工程学会理事长、中国工程院院士、清华大学教授李骏在今年的中国汽车工程学会年会上提出五大融合方向,其中一大方向是氨-氢燃料融合,打造氨氢融合新能源零排放内燃机。

李骏指出,氢能源汽车目前存在明显的长尾效应,氢氨融合一体化能源汽车可能将会是绝佳解决方案。氨作为燃料优势很多,包括能量密度高、易液化、易于运输、设备完善、可用LNG运输、产量和生产效率远远高于液氢、成本低、安全性高、不易爆炸等。全球氨能源非常丰富,特别是我国是全球氨生产大国,全世界每年生产大概2亿吨左右,我国的产能大约占到全球的四分之一。

同济大学汽车学院燃料喷射与燃烧研究所所长李理光则介绍了氩气动力循环内燃机,利用惰性气体反应不活跃的特性,可以最大程度保存热量并完全运输到下一过程,从而大幅提高内燃机效率,高效、可靠且实现零碳排放。“当通过水电解制氢和氧时,氩气会是氢气发动机最好的助力,目前我们利用甲烷制氢实现了初步探索,已经可以实现内燃机效率达到51.7%。”他说。

刘汉如透露,吉利汽车还在进行甲醇氢气掺烧发动机技术的研究。

而对于氢气和汽油混合,改善汽油雾化和燃烧这一技术路线,陈廷指出,马瑞利目前正在进行前期的市场、技术调研,并准备随时进入实质性的开发阶段。

综上,正如李理光所说,“我们面向的目标是未来的氢能社会”,无论是甲醇、氨、氩气或是其他,目前内燃机转型的技术路线主要围绕着未来的氢能社会。

清华大学汽车产业与技术战略研究院院长赵福全指出,汽车产业实现双碳目标的应对策略可以概括为:以车辆全生命周期减碳为核心,以多产业、多领域协同脱碳为基础,最后以负碳技术为补充。具体到生产减碳领域,则包括能效提升、工艺创新、燃料/原料替代和绿色能源使用等。他认为,一旦绿色燃料更加普及,碳中和提上议程,氨、甲醇、生物燃料等绿色燃料内燃机的开发也是重要的问题。

日本环保经济学家西脇文男近日在一场论坛上也表示,在德国、日本等内燃机生产大国,人们担心随着EV汽车发展,不生产内燃机汽车的话,零部件行业就业将得不到保障,因此下一代绿色燃料e-fuel现在非常引人关注,研发非常重要,大家对其寄予厚望。


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