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编前：受限于技术和成本等原因，氢燃料汽车近年发展步伐明显放缓，就连较早布局的丰田汽车，也因商业化难度高，减少了对氢燃料汽车的投入。另一方面，与氢燃料电池汽车相比，氢内燃机成本低，有良好的燃料适应能力，受到越来越多的关注与重视。
前不久，北京理工大学机械与车辆工程学院教授孙柏刚在商用车碳中和创新发展论坛上表示，由于兼有传统内燃机和燃料电池的优点，通过提升技术可靠性、动力性及经济性，氢内燃机将从根本上为用户提供一个“买得起+用得起”的零碳解决方案，是我国交通领域迈向氢能源经济的现实途径。
新产品新技术频发布
据了解，目前不仅长安、上汽、一汽和潍柴等国内企业正在进行氢内燃机的前期开发和设计工作，而且包括丰田、马自达、康明斯等跨国车企也纷纷进行氢内燃机的开发和应用。
11月25日，据国家知识产权局公告，重庆长安汽车股份有限公司申请“一种氢内燃机增程动力系统、控制方法及汽车”，系统包括氢内燃机、增程器发电机、电机控制器、动力电池和驱动电机；10月26日，五菱柳机首款自主研发的4M20H氢内燃机成功点火，这款产品是在原有的高热效醇氢油气多元燃料自适应发动机平台的基础上自主研发设计，采用了4缸2.0L发动机，最大功率可达70kW / 5600rpm，最大扭矩为130N·m / 4000rpm；6月，广汽传祺E9氢混版正式亮相，官方称该车是行业首款搭载氢气发动机的氢混整车，氢能动力系统具备高压缩比及爆震抑制技术，氢耗低于1.4kg/100km，综合续驶将近600km；4月，东风集团联合华中科技大学发布了东风马赫动力氢气发动机，该氢气发动机动力性达80kW/170N·m，热效率突破45.04%，大于40%效率区占比超过70%，标志着中国氢气发动机自主研发取得重大技术突破……再加上早早就开始布局的玉柴和潍柴动力等内燃机企业，以及上汽、广汽等整车企业，国内氢内燃机的赛道已经有不少“玩家”。
国外市场同样热闹。今年2月底，在日本富士赛道举行的Super Taikyu试运行测试中，丰田卡罗拉首次使用液氢燃料完成赛道测试。5月底，经过重新改造后的液氢卡罗拉赛车圆满完成富士24小时耐力赛，为丰田在液氢技术上的升级更新提供帮助；10月下旬，康明斯与特雷克斯旗下子公司Terex Advance Mixer、Edge Materials公司及PCC Hydrogen共同签署谅解备忘录，生产配装康明斯零碳氢内燃机的混凝土搅拌车并进行运营验证。
据国家燃料电池汽车及动力系统工程中心副主任马天才介绍，在上世纪末，氢内燃机与燃料电池的研究基本同步，但受限于材料、技术等因素，氢内燃机并没有得到大规模发展，尤其随着燃料电池技术的快速进步，氢内燃机进入一个相对低潮的阶段。直到最近，氢能的发展备受关注，在燃料电池的耐久性、成本、环境适应性面临一些挑战的情况下，产业链又开始转而关注氢内燃机，重启了研发工作。同时，国家对氢能产业的重视以及“十四五”期间内燃机相关项目得到支持，也在一定程度上激发了产业热情。
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具有成本优势和技术基础
氢内燃机，也叫氢燃料发动机、燃氢发动机、氢气发动机，是以传统内燃机为基础，通过改变燃料供应系统、喷射系统以及燃料等，燃烧氢气产生动力，从而驱动车辆的行驶。与传统的燃油发动机相比，氢内燃发动机不会产生有害气体，也可以达到零排放的目的，因此成为了环保和节能领域的研究热点。
在业内人士看来，氢内燃机的原理类似于传统内燃机，保留了其主要结构与系统，对氢气燃料的成分变化不敏感。因此，在燃料使用要求方面，对氢气纯度的要求较低。同时，氢内燃机不需要贵金属催化剂，也在很大程度上解决了燃料电池技术的高成本问题。未来，氢内燃机应用场景将更宽广，更具成本和推广优势。
更重要的是，氢内燃机可以使用传统内燃机的大部分零部件，因此能大幅降低制造成本。“在大家的固有印象里，中国车企在传统汽车领域一直处于落后状态，但事实早已今非昔比。”一位不愿透露姓名的企业人士在接受《中国汽车报》记者采访时坦言，经过多年的努力，我国内燃机技术已经取得了长足进步，尤其在先进燃烧技术、智能控制技术、有害排放控制、整机轻量化等方面取得了丰硕成果，不落后于跨国车企。在大力发展氢内燃机的当下，可以更好地让中国车企充分发挥多年来在内燃机领域积累的实力，从而实现资源的优化配置。
“与燃料电池相比，氢内燃机与传统内燃机有更多的共性技术链，包括一些关键零部件等，可沿用现有内燃机工业体系进行开发，可在原有技术细节优化的基础上快速进入市场，大幅缩短研发周期，技术转化更有成本优势，具备了初步的产业基础。”马天才表示。
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协同突破技术瓶颈
从国际趋势上看，氢能是实现碳达峰、逐步达到碳中和的最佳选择，氢内燃机也迎来了发展机遇。但目前，我国氢内燃机发展还处在初始阶段，很多领域仍有空白。
据了解，虽然企业接连发布氢内燃机点火的消息，不少厂商也推出了样机，但还有不少工作要做，比如，基础验证及突破氢气喷嘴等关键零部件瓶颈。此外，研究者们还在通过改进内部燃烧过程、优化氢气混合比例、使用催化剂等技术手段，进一步提高氢内燃发动机的效率与稳定性。“如何在可靠性和安全性上做到绝对保障，具有相当大的技术挑战，需要企业在试验开发过程中模拟验证各类故障失效模式。所以，开发氢内燃机的难度和风险要比传统发动机高，挑战也更大。”一汽解放发动机事业部前瞻技术研究院相关负责人表示，另一个重要挑战则来自于热效率，企业都在致力于通过现有内燃机研发资源，开发高效率燃氢发动机技术，缩小其与燃料电池动力效率的差距，甚至做到与燃料电池动力相同的效率。
此外，氢内燃机的劣势之一还在于高温燃烧后尾气排放中的氮氧化合物含量较高。孙柏刚提出，如何把氢内燃机的氮氧化合物排放量降到最低甚至零排放，需要实现传统技术的多方面突破，这也是他和团队目前研究的重点方向。“按我们现在的控制策略，已经可以解决安全问题，也能做到大多数车用工况下氮氧化物的零排放。未来，随着技术的进步和产业的发展，氢内燃机有望突出重围。”孙柏刚判断，如果氢内燃机氮氧排放量较高的问题不能得到有效解决，恐怕氢内燃机最终会“死”于排放法规。
值得一提的是，与氢燃料电池一样，氢内燃机的推广与应用也受制于制氢、储氢、运氢产业链的成熟与配套基础设施建设的完善。“燃料电池与氢内燃机面临的共同问题是氢的成本和高效存储。一方面，如何把氢能高效存储起来，车载储氢系统是亟待解决的重点问题；另一方面，制氢、储运成本高以及加氢站建设等同样限制着氢内燃机的发展。”在马天才看来，氢能汽车最核心的问题是制氢、用氢成本，只有解决这些问题，氢内燃机才有可能实现大规模推广应用。
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呼吁政策大力扶持
早在2021年12月，工业和信息化部就在印发的《“十四五”工业绿色发展规划》中明确提到了“氢气内燃机”，表示要发展氢燃料燃气轮机、超高压氢气压缩机、高效氢燃料电池等新能源装备。今年8月，作为国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南，《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》中又再次强调，氢能应用方面主要包括燃料电池、氢内燃机、氢气锅炉、氢燃气轮机等氢能转换利用设备与零部件以及交通、储能、发电核工业领域氢能应用等方面的标准，推动氢能相关新技术、新工艺、新方法、安全相关标准的制修订。
然而，现实却是，在目前出台的相关国家和地方的政策和规划文件中，均将氢能在道路交通领域的应用聚焦在氢燃料电池技术方面，很少提及氢燃料内燃机，在各地出台的关于氢能的中长期发展战略规划里，同属于氢能应用的氢内燃机很少被提及。
为此，企业和行业人士多次呼吁，加大氢内燃机技术创新和产业化推广的政策支持力度。在今年的全国两会上，全国人大代表李海桦就提交了关于“加大燃氢内燃机动力在全产业链的发展”的建议，他表示，北京、上海、广东、河南和河北都成为了氢燃料电池汽车示范应用城市群，所覆盖城市超60个，但零碳排放的燃氢内燃机动力装备在商用车、通用机械、船舶与发电等领域的示范应用范围小，发展缓慢。“在中重卡、船机、工程机械等大负荷、使用环境恶劣等应用场景，燃料电池目前在大功率化上还有不少技术难题需要解决，燃氢发动机显然是更好的选择。”李海桦建议，希望国家能够立足于燃氢内燃机动力装备多领域示范、氢能动力系统测试验证等应用场景，指导我国企业开展分布式、模块化的高效灵活制氢关键技术研究与示范项目，加快燃氢内燃机动力在我国的推广应用；行业内龙头企业联合加快技术开发，集中优势资源尽快解决两种氢动力系统中的主要技术难题，同时针对两种氢能动力系统适合的应用场景，开展分布式、模块化的高效灵活制氢关键技术研究与示范项目，寻找大幅降低氢气使用成本的最佳途径，使得氢气动力系统的推广应用尽快获得商业模式。
“加快国家燃氢内燃机全产业链发展步伐，离不开国家出台以鼓励燃氢内燃机动力技术全领域应用示范为指导方向的相关扶持政策。”李海桦说，政府需要尽快解决氢气使用标准的行业难题，为氢能动力的推广提供政策便利条件。
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2026年有望推向市场
正如孙柏刚所言，从2023年开始，如果企业再发布氢发动机点火的消息就显得有些“落伍”了，如今氢发动机已经逐渐从实验室里走出来，踏上了应用与落地的发展新阶段。
除了长安与广汽已于今年上半年正式发布旗下的氢发动机产品、中国一汽研发的红旗全新混动专用氢能发动机首台A样机在9月成功试制下线以外，还有一些企业公布了产品开展示范运行的时间表或计划：今年10月，一汽解放在互动平台表示，氢内燃机在2022年首发点火后，一直在推进开发工作，目前已进入整车试制阶段，计划2024年3月交付用户示范运行；相较之下，“跑”得更快的潍柴动力也在几乎同一时间提出，已布局氢内燃机技术，完成了关键核心技术和商业化应用的突破，掌握了一批原创性专利技术，并于2022年6月与中国重汽联合发布了搭载潍柴动力自主开发的13L氢内燃机的全国首台商业化氢内燃机重卡。
同样是在10月，康明斯也宣布旗下的15H氢内燃机将在Terex Advance公司Commander系列前卸式混凝土搅拌车上配装并进行运营测试；值得一提的是，今年7月，博世官宣计划在2024年前推出一款氢气内燃机，并表示该公司已经获得了来自所有主要经济地区的4个量产项目订单。据悉，首批搭载博世氢气内燃机的车预计将于2024年上路。
关于氢内燃机的未来，博世方面表示，到2030年，其氢气内燃机销量将超过10万台。该公司人士认为：“氢发动机具备柴油发动机的所有功能，但最重要的是，它不仅是碳中和产品，还将助力快速且经济高效地进入氢动力移动出行领域。”
当氢燃料价格降到比柴油更低时，氢能应用就拥有了更多可能性。“我觉得内燃机是‘吃粗粮’的，这可能是打开氢能源应用的一把钥匙。”孙柏刚认为，内燃机在一段时间内并不会被淘汰，下一阶段，氮氧排放将成为氢内燃机开发标定的重点工作。与此同时，随着氢内燃机动力性、经济性的提升，缸内和缸外后处理联合开发也将成为企业探索的路径。此外，国内多家车企已经开展对于氨内燃机的开发，氢和氨的对立性和潜在的互补性为发动机提供了新的研究方向。
不过，广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院发动机系统研发部部长占文锋指出，由于没有先例，氢内燃机产品还不能上公告，因此他预测，氢内燃机相关产品正式推向市场的时间将在2026年或2027年。
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