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减少碳排放方面,氢气内燃机前景如何
作者:官方 来源:中国汽车报 所属栏目:基础知识 发布时间:2021-11-22 13:46
[ 导读 ]不久前,康明斯宣布了一项氢气燃料发动机计划,将研制6.7升中型和15升重的氢气内燃机。国内、国际企业纷纷加大氢气内燃机的力度,...

不久前,康明斯宣布了一项氢气燃料发动机(H2-ICE)计划,将研制6.7升中型和15升重的氢气内燃机。

国内、国际企业纷纷加大氢气内燃机的力度,氢气内燃机能否给汽车内燃机行业带来希望?

氢能是能源转型升级的重要支撑

“作为PLANET 2050可持续发展战略的一部分,我们已经制定了包括零排放在内的一些重要计划,”康明斯公司发动机业务总裁Srikanth Padmanabhan说。降低碳排放量,从油井到车轮的碳排放量,这就要求在能源和电力上创新。尽管电池-电力和燃料电池-电动动力系统都很有发展前景,但是把成熟的内燃机与氢能技术结合起来,也可以成为未来零排放解决方案的重要补充。

当前,碳达峰、碳中和已成为全球共识。各国、地区都在按照自己的时间表行事。“双碳”目标确立,影响了各行各业,特别是汽车业,影响巨大。

康明斯是世界范围内柴油、天然气、混合动力等多种动力系统的先驱,其产品涵盖清洁柴油汽车、天然气汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车,并致力于为客户提供多样化的电力解决方案,以满足客户需求。据了解,基于下一代平台,康明斯新型氢内燃机旨在实现零碳排放,提高功率密度和热效率。

也有业内人士指出,在世界范围内,随着碳中和目标的确定,发动机企业将面临一些挑战,康明斯氢气开发也是转型的体现。在“双碳”背景下,氢能是实现能源转型升级的重要支撑,氢能作为氢能源汽车的两大发展方向,氢能与氢燃料电池汽车并不冲突。

值得一提的是,在由中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟主办的“十四五”氢能产业发展论坛上,康明斯已成为中国氢能联盟会员单位。

在此之前,康明斯副总裁、发动机事业部总工程师白纳川(Jonathan White)表示:“氢气内燃机项目是对动力电池和可再生天然气动力链的补充,为运输工业实现可持续发展提供了更多潜在技术选择。”

据报道,康明斯6.7升氢气内燃机将集中在重型卡车、公交车、挖掘机和轮式装载机上的应用,而15公升的氢气燃料引擎则主要用于重型长距离卡车。

自主品牌的氢气内燃机发力挑战依然存在

据报道,早在2000年,宝马公司就生产了15辆世界上第一款能达到量产水平的氢动力车750hL。这款车配有5.4升V12引擎,发动机可在任何情况下进行氢气和汽油的转换。

第二年,福特还推出了一款福克斯轿车,配有2.0升氢燃料引擎。然而,此后,这一行业并未激起太大的波动。

氢气内燃机路线多年前被整车企业置之不理,原因很多,如技术困难、企业战略方向调整、加氢站建设滞后、氢气成本过高等。

我国首台高效、低排放氢气内燃发动机于2007年在重庆长安汽车集团成功点火。高效率、低排放氢气内燃机是国家863计划中唯一立项的氢气燃料项目。

业内人士指出,它的成功点火标志着我国氢内燃机研究技术取得了突破性进展,为氢气内燃机的产业化应用奠定了基础。目前,自主品牌氢气内燃机的技术研究正在进行。

6月17日,长城汽车“蜂巢”动力总成下线,蜂巢能源公司也公布了六款全新引擎的未来产品计划。就是1.5L第五代DHT发动机、2.0L第五代发动机、2.0T稀燃预燃室发动机、专用合成燃料发动机、氢发动机。据悉,长城研发的氢燃料发动机可输出最大功率120kW,峰值扭矩230N·m,并配有专门的氢气直喷系统、高压耐腐蚀氢气供应系统等多项新产品,使发动机热效率达到42%。

随后,广汽自主开发的第一台氢发动机成功点火。由此,广汽发动机正式步入了“零碳排放”时代。这款发动机是基于自主研发的广汽第四代发动机平台,具有完全自主知识产权,其热效率为44%。

新能源汽车产业独立研究人员曹广平说,将氢作为发动机的替代燃料,可能是发动机最后一次机会。在他看来,氢气内燃机是可以作为电池类、电容型电动车的增程器过度使用。氢气内燃机缸内燃烧具有其自身的特点,在发动机设计上还需要更多的改进,要实现工业化应用还需要很长时间。

在此基础上,曹广平进一步指出,氢气内燃机是氢燃料电池商品化前的过渡发动机。在氧消耗较多的情况下,与空气混合燃烧会导致氢气发动机的氮氧化物排放不可避免,余热利用不好,热效率也不高。

这一政策促进了氢气发动机的发展

据麦肯锡咨询公司介绍,一种技术方案是拯救内燃机,通过改造为传统内燃机,使之能够燃烧氢气,从而降低排放,或者说,这种技术选择,虽然换热氢气可以实现发动机零碳排放,但是仍然会产生氮氧化物污染,需要增加催化设备进行后处理,这也是大多数人认为燃料电池汽车清洁利用氢的一个重要原因。

在欧洲,积极发展氢能动力工业,除氢燃料电池之外,几乎所有欧洲主流商业汽车公司都已开始在氢内燃机上进行可行性研究,并成立了氢气发动机联盟。

刘汉如认为,我国目前有450万吨以上的工业副产氢气,可以直接用于氢气内燃机。

从可靠性、成本、经济性三个方面考虑,氢气发动机是一种非常吸引人的零CO2动力解决方案。氢气发动机可以充分利用现有的内燃机工业基础。另外,中国已有部分企业和大学在这方面取得了一定的研究成果。

康明斯一直在积极布局氢能行业。例如,康明斯一直在发展氢能运输技术方面进行投资,以氢燃料发动机、燃料电池、电解槽、储氢罐。

通过与储氢公司NPROXX的合资企业康明斯合作,将使燃料电池或氢内燃机与车辆上的高压气罐和供应线路结合起来。同时,NPROXX还负责设计、开发和制造高压氢储存容器,以实现快速氢化。高能量密度的氢气可在不影响汽车负荷和运量的前提下,方便地实现车用气储存。

从而为我国氢气发动机的发展提供一定的思路。公司首席执行官李丰军表示,我国氢能的技术基础和工业基础基本已形成,但双极板、膜电极催化剂、碳纸、在质子膜材料等方面仍需突破,需要汽车企业、石化企业、造纸企业和行业组织共同攻关,氢能产业处于培育期。

值得注意的是,今年八月,工信部在《对十三届全国人大四次会议第5736号建议的答复》中指出,将根据氢气发动机的技术进步和应用推广情况,对现有标准体系的适应性和差异性进一步进行评估,提前规划相关标准预研,适时推进标准的制定,有力地支持氢气汽车科学、合理发展。

也有业内人士指出,工信部曾召开过专题讨论,既鼓励发展氢气产业,又大力发展氢气内燃机,这样的政策刺激或将促进氢内燃机的发展。

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