同臺(tái)競(jìng)技 氫內(nèi)燃機(jī)與氫燃料電池誰(shuí)的勝算更大

氫能作為清潔無(wú)碳的戰(zhàn)略性新興能源，是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸領(lǐng)域深度脫碳降碳，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要選擇。今年全國(guó)兩會(huì)期間，氫能及氫能源汽車成為了代表委員們頻頻提及的熱詞。

近年來(lái)，在國(guó)家利好政策的助力下，氫能產(chǎn)業(yè)尤其是氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)得到了較快發(fā)展。與此同時(shí)，作為減碳技術(shù)路線的有效補(bǔ)充，被“冷落”多年的氫內(nèi)燃機(jī)也開始受到行業(yè)的關(guān)注。那么，氫內(nèi)燃機(jī)和氫燃料電池技術(shù)到底有何不同？?jī)烧吒髯缘膬?yōu)勢(shì)都是什么？

氫燃料電池汽車加速規(guī)模化落地

氫燃料電池汽車是依靠氫燃料電池電堆中的氫氣與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能驅(qū)動(dòng)。與純電動(dòng)汽車相比，氫燃料電池汽車具有補(bǔ)能效率快、續(xù)駛里程長(zhǎng)、低溫性能優(yōu)越等優(yōu)勢(shì)。

“基于以上優(yōu)勢(shì)，氫燃料電池汽車在商用車領(lǐng)域更具競(jìng)爭(zhēng)力，所帶來(lái)的節(jié)能減排效果也更為明顯?！毙履茉醇爸悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車獨(dú)立研究者曹廣平指出，除技術(shù)優(yōu)勢(shì)外，由于商用車運(yùn)行路線相對(duì)固定，更適合氫燃料電池的技術(shù)特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在加氫站布局、選址方面也相對(duì)容易。

作為氫能在交通領(lǐng)域應(yīng)用的重要突破口，氫燃料電池汽車被認(rèn)為是商用車加速脫碳進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的重要方向。2020年以來(lái)，國(guó)家層面有關(guān)鼓勵(lì)氫能和氫燃料電池汽車發(fā)展的政策持續(xù)加碼，地方政府也陸續(xù)出臺(tái)支持政策。得益于此，氫燃料電池汽車發(fā)展迅速，從產(chǎn)業(yè)規(guī)模到成本成效都取得了顯著提升。

公開數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，我國(guó)氫燃料電池汽車?yán)塾?jì)保有量達(dá)7000多輛，分布在北京、上海、廣州等36個(gè)城市進(jìn)行示范運(yùn)營(yíng)。2021年12月，財(cái)政部等五部門發(fā)布《關(guān)于啟動(dòng)新一批燃料電池汽車示范應(yīng)用工作的通知》，包括河北、河南、京津冀、上海和廣東在內(nèi)的5大城市群，正式開展氫燃料電池汽車示范應(yīng)用。與此同時(shí)，隨著氫燃料電池技術(shù)的不斷進(jìn)步以及效率大幅提升，氫燃料電池汽車應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，目前已在市內(nèi)公交團(tuán)體班車、物流運(yùn)輸、園區(qū)擺渡、城市管理服務(wù)用車等多個(gè)區(qū)域性應(yīng)用場(chǎng)景開展規(guī)模化示范運(yùn)營(yíng)。

值得一提的是，本屆北京冬奧會(huì)上，示范運(yùn)營(yíng)的氫燃料電池汽車超1000輛，車型覆蓋公交車、團(tuán)體班車等，是全球首次大規(guī)模投入氫燃料電池汽車作為接駁工具的重大嘗試。羅蘭貝格全球高級(jí)合伙人、亞太區(qū)商用車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人方寅亮表示，上千輛氫燃料電池汽車在北京冬奧會(huì)上示范運(yùn)行，將帶動(dòng)2022年氫燃料商用車銷量的增長(zhǎng)，促進(jìn)氫燃料電池汽車規(guī)?；?、商業(yè)化推廣應(yīng)用。

業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，目前我國(guó)氫燃料電池行業(yè)正在進(jìn)入市場(chǎng)、技術(shù)、資源卡位的發(fā)展蓄能關(guān)鍵期，未來(lái)氫燃料電池市場(chǎng)主體將從客車及中輕卡，逐步向長(zhǎng)途旅游客運(yùn)、省際重載運(yùn)輸、環(huán)衛(wèi)、冷鏈等重點(diǎn)領(lǐng)域推廣。另外，結(jié)合節(jié)能路線圖2.0對(duì)氫燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃及展望，2020～2025年，氫能汽車市場(chǎng)處于發(fā)展初期，以政策驅(qū)動(dòng)為主，車型應(yīng)用側(cè)重于中重卡領(lǐng)域；到2025年，氫燃料商用車年銷有望達(dá)1萬(wàn)輛；隨著基礎(chǔ)設(shè)施加大普及、技術(shù)革新和成本下降，預(yù)計(jì)2025～2030年，氫燃料電池商用車將進(jìn)入發(fā)展加速期，到2030年銷量有望超10萬(wàn)輛。

氫內(nèi)燃機(jī)具有廣泛適用性

今年的《政府工作報(bào)告》中明確指出，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型，要立足資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，這也決定了汽車低碳發(fā)展需要多技術(shù)路線共存。長(zhǎng)期來(lái)看，發(fā)展新能源汽車無(wú)疑是汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑，但中短期內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)在道路交通運(yùn)輸中仍具有不可替代的重要作用?！半p碳”目標(biāo)的指引下，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)也正積極尋求創(chuàng)新發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)會(huì)。如今，在燃料電池技術(shù)熱度不減之時(shí)，也有不少企業(yè)開始解鎖氫能的另一種應(yīng)用形式——?dú)鋬?nèi)燃機(jī)。

“氫能并不是燃料電池的專屬，上世紀(jì)50年代，內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域就已開始將氫能作為燃料進(jìn)行應(yīng)用研究?！眱?nèi)燃機(jī)行業(yè)專家魏安力表示，氫內(nèi)燃機(jī)與燃油車相似，只不過(guò)把燃料變成了氫氣，發(fā)動(dòng)機(jī)與此前的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)有共通之處。

在魏安力看來(lái)，氫內(nèi)燃機(jī)更具成本和推廣優(yōu)勢(shì)。內(nèi)燃機(jī)將氫作為燃料，一方面具有多種燃料適應(yīng)性，可以使用純氫為燃料，也可以和甲醇摻燒，有效降低對(duì)石油依賴；另一方面，可以使內(nèi)燃機(jī)資源得到最大化利用，延長(zhǎng)生產(chǎn)裝備生命周期，氫內(nèi)燃機(jī)保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的主要架構(gòu)和系統(tǒng)，不需要重新構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度和成本投入遠(yuǎn)小于燃料電池。

天津大學(xué)教授姚春德說(shuō)：“從使用角度來(lái)看，燃料電池需要吃‘細(xì)糧’，要求氫氣的純度達(dá)到99.99％。而氫內(nèi)燃機(jī)則沒那么‘嬌貴’，對(duì)氫氣的純度沒有特別要求，而且在高負(fù)荷區(qū)具有較高的綜合效率。對(duì)于承擔(dān)貨物運(yùn)輸?shù)闹兄乜▉?lái)說(shuō)，氫內(nèi)燃機(jī)是更經(jīng)濟(jì)且更高效的選擇?！?/p>

今年全國(guó)兩會(huì)上，全國(guó)人大代表、廣西玉柴機(jī)器股份有限公司新品試制裝配工段工段長(zhǎng)許燕妮也提出，氫內(nèi)燃機(jī)成本低、加氫快，而且無(wú)里程焦慮，具有在商用車全領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。目前，氫內(nèi)燃機(jī)已成為發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的重要路徑之一。

對(duì)于氫內(nèi)燃機(jī)未來(lái)的應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外企業(yè)都比較看好。歐洲幾乎所有的主流商用車企業(yè)都在關(guān)注或已開始對(duì)氫發(fā)動(dòng)機(jī)展開可行性研究。豐田也在去年宣布，將氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在基于豐田卡羅拉運(yùn)動(dòng)版的賽車上。與此同時(shí)，我國(guó)的氫內(nèi)燃機(jī)研發(fā)也取得了較大進(jìn)展和突破。在乘用車領(lǐng)域，一汽集團(tuán)首臺(tái)氫能發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火；在商用車領(lǐng)域，基于漢馬科技13L天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的AVL氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)入研究階段。全國(guó)人大代表、吉利商用車集團(tuán)首席科學(xué)家劉漢如也表示，國(guó)內(nèi)汽車及內(nèi)燃機(jī)企業(yè)已開始著手氫內(nèi)燃機(jī)的性能樣機(jī)開發(fā)，很快就將進(jìn)入到樣車開發(fā)階段。

北京理工大學(xué)教授孫柏剛認(rèn)為，綜合成本、性能、可靠性等因素來(lái)看，氫內(nèi)燃機(jī)相較燃料電池更具優(yōu)勢(shì)。氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)符合安全、可持續(xù)、用得起三項(xiàng)指標(biāo)，且已經(jīng)得到政府相關(guān)部門的高度關(guān)注，其未來(lái)的發(fā)展前景更為廣闊。

實(shí)現(xiàn)商業(yè)化依然任重道遠(yuǎn)

在業(yè)內(nèi)專家看來(lái)，作為氫能汽車的兩個(gè)發(fā)展方向，氫內(nèi)燃機(jī)與氫燃料電池技術(shù)并不沖突，兩者在商用車領(lǐng)域均具有較為廣闊的發(fā)展前景，但同時(shí)也都面臨著成本高、配套設(shè)施短缺、缺乏完善頂層設(shè)計(jì)以及產(chǎn)業(yè)鏈薄弱等諸多挑戰(zhàn)。

目前來(lái)看，購(gòu)置、運(yùn)營(yíng)乃至車輛全生命周期成本優(yōu)化，是氫能商用車進(jìn)入發(fā)展快車道的關(guān)鍵。但氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，制氫、注氫的安全問(wèn)題，以及建設(shè)加氫站的高昂成本，都成為推廣氫燃料電池汽車和氫內(nèi)燃機(jī)車的障礙。特別是對(duì)于氫燃料電池汽車來(lái)說(shuō)，僅是電池和儲(chǔ)氫系統(tǒng)的成本就占到整車的六成以上。若電堆成本、加氫站和氫氣運(yùn)輸成本無(wú)法降到合適的價(jià)格區(qū)間，就難以進(jìn)行大規(guī)模推廣。

在接受采訪時(shí)，姚春德表示，當(dāng)核心技術(shù)難題被攻克，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更完備，才有可能使氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)成本降低，推動(dòng)氫能商用車前行。首先，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)還需攻關(guān)催化劑、質(zhì)子交換膜、探子等共性的技術(shù)難點(diǎn)，推動(dòng)燃料電池電堆、高壓氫氣瓶等關(guān)鍵部件的成本下降，提高氫燃料電池系統(tǒng)的可靠性和安全性，降低各個(gè)環(huán)節(jié)的成本。其次，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，氫內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)技術(shù)雖獲得了突破性進(jìn)展，但其缸內(nèi)燃燒有著自身的特點(diǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行較多改進(jìn)，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。