在6月15日举行的在山东重工新科技成果展上，中国重型汽车集团、潍柴动力联合发布的全国首台商业化氢内燃机重卡一经亮相便引来多方关注，这一以“不用油、不用电、只用氢”为标签的新能源汽车，可商业化应用到港口、城市、电厂、钢厂、工业园区等特殊运输场景。

据了解，潍柴动力作为国内装备制造业的龙头企业，不仅是传统柴油机行业的“大咖”，更是氢燃料电池领域的“新锐”。“双引擎”齐头并进的战略布局，让其在氢内燃机开发中独具产业与技术优势。他们于2018年起开始布局氢内燃机技术，依托强大的研发团队和先进的研究平台，迅速完成了关键核心技术和商业化应用的突破，攻克了一批“卡脖子”技术难题，掌握了一批原创性专利技术，实现了有效热效率41.8%，这一指标剑指世界一流。

科技日报记者了解到，该车采用了多项专有技术，优势突出——采用精准氢气喷射控制技术，实现氢燃料灵活准确供给，可充分满足发动机变工况需求；采用高效增压、稀薄燃烧技术，解决了氢气异常燃烧难题，确保发动机平稳高效运行；采用潍柴自主ECU系统，智能控制、自主可控，确保控制策略定制化开发；基于已有的气体机产品平台进行技术再延伸，可快速推动商业化落地。

如何在汽车行业落实“双碳”目标？氢内燃机是重要的路径之一。

“氢内燃机具有三大优势。”潍柴动力执行总裁陈文淼认为，二氧化碳零排放是其最大亮点之一。更重要的是其可沿用现有内燃机工业体系进行开发，大部分零部件与现有内燃机成熟产品通用，可极大缩短开发周期，更有利于产业化转化；具备无后处理器的情况下满足严苛排放法规的潜力，后处理等系统可取消或简化，产品成本优势显著；采用传统燃烧做功模式，对氢气燃料纯度要求较低，燃料适应性好。

氢能重卡续航如何？

10公斤氢可跑100公里

“双碳战略”下，氢能利用备受各界关注。

潍柴动力相关负责人介绍，氢内燃机具有三大优势：一是可沿用现有内燃机工业体系进行开发，大部分零部件与现有内燃机成熟产品通用，可极大缩短开发周期，产业化转化更有利；二是具备无后处理器的情况下满足严苛排放法规的潜力，后处理等系统可取消或简化，产品成本优势显著；三是采用传统燃烧做功模式，对氢气燃料纯度要求较低，燃料适应性好。

“现场展示车辆能装载30公斤氢，10公斤可以跑100公里。”该负责人告诉记者。

据记者了解，成本是氢能源推广的重要考量，这其中包括制氢、运氢、加氢等环节的成本。据介绍，制氢方面，目前在不同场景下制氢价格不等，“若是纯粹电解水制氢，一公斤100多元，若是工业副产氢，在十几元左右。”

而加氢成本上，若每公斤降至35元时，氢能就能和柴油的运营成本相当，而目前山东境内大部分在50元到60元之间。运输成本上，目前加氢站在不同的应用场景下成本一样，一些实行前店后厂的加氢站能够最大程度降低运输成本，而其它场景下也在尽量缩短运输局里，目前储氢运氢一般不超过150公里。以山东为例，山东济青高速上的加氢站基本已经成网，成本进一步降低。

卡友对氢燃料重卡的接受度如何？

对于普通的卡友而言，以目前氢燃料电池重卡动辄上百万的购买价格来看，距离他们还十分遥远。一次性购车成本和氢气成本高、基础设施少，导致氢燃料电池重卡短期内无法实现普及应用。

在购车成本中主要涉及燃料电池成本。从燃料电池的成本构成看，膜电极占电堆成本60%-70%，电堆占系统成本约60%。2021年国产电堆成为主流，国产膜电极产品纷纷实现批量生产。目前国内膜电极、电堆、系统等市场竞争日益加剧，电堆价格也降至2000元/kW以下，这使得系统价格有望下探到5000元/kW以内。

据相关企业预测，燃料电池系统成本将逐步低于1200元/kW，电堆将降至600元/kW，相比现在大约下降70%。

氢气成本目前仍然处于高位。由于市场用氢量不足，各地规模、氢源供应、加氢站类型不一，不同区域加氢站氢气销售价格差异较大。目前法规允许的外供加氢站价格主流区间在60-80元/kg，虽有部分补贴，但百公里的耗能成本仍和同类型柴油车存在巨额差价。只有随着规模化程度的提升，氢气到站的成本才能有望降低，到2030年可能降低至25元/kg，而只有当燃料加注成本降低到30元/kg以下时，燃料成本才会与汽油、柴油形成相应的竞争力。

除了一次性购车成本、氢气成本，关键原材料和零部件也需进一步提升技术水平，更快国产化，加氢站的数量也会直接影响燃料电池汽车商业化的进程，可以说我国目前的氢能产业总体上仍然存在技术基础不牢固、产业体系不健全，规模效益不显著等问题。这也导致了目前我国氢燃料电池重卡的市场需求仍以政策驱动为主，距离卡友还比较遥远。

规模上量和技术创新是成本下降的主要推动因素。据电动汽车百人会相关资料显示，到2025年随着技术提高及规模效应，燃料电池核心材料及关键零部件成本也有不同程度明显降低，预测到2035年，氢燃料电池汽车成本将具有与内燃机汽车同等的竞争力，并基本接近国外先进水平。或许到那个时候，才能让更多卡友用得起氢燃料电池重卡。

在燃料电池发展如火如荼的当下，氢内燃机为何异军突起？

国内氢内燃机的研发探索

氢内燃机，也叫氢燃料发动机，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。

技术多样化发展能够最大程度保障氢能产业发展方向不发生严重偏离，因此国内在积极推动燃料电池技术发展的同时，也同样没有放弃对氢内燃机的关注。

去年8月，工信部在对十三届全国人大四次会议第5736号建议的答复中表示，下一步，研究推动将氢气内燃机纳入其中予以支持；12月3日，工业和信息化部印发《“十四五”工业绿色发展规划》，再次提出发展氢燃料燃气轮机。

氢内燃机技术研发领域，以玉柴集团、康明斯、广汽集团、一汽集团为代表的企业已经有了收获。

其中，玉柴集团YCK05燃氢发动机采用了超稀薄清洁燃烧的技术路线、氢气专用SCR后处理、进气道高压多点喷射、小惯量高效涡轮增压器，热效率达到42%，能广泛应用于公交、市政、环卫、物流配送等场景。

“2020年，玉柴集团已经完成了50%热效率内燃机的技术研发工作，预计在2024年7月份商用车第四阶段油耗标准执行前后，50%热效率发动机将实行量产。”玉柴集团表示。

值得注意的是，上述在氢内燃机领域展开布局的企业多以汽车零部件巨头及车企为主，原因在于：车用内燃机作为我国碳排放“大户”以及交通运输的主要动力，面临着双碳目标下新旧动能转换的“大考”，大部分汽车零部件巨头及车企均加快了技术探索的步伐，而集合了“发动机＋氢能”基因的氢内燃机成为这些企业的重要突破点。

氢燃料发动机结构与现有内燃机相似，车企和内燃机企业可以发挥在内燃机方面的技术优势，甚至保留整条内燃机产业链条，可以轻松地将氢内燃机装配到现有车辆系统中，大多数零部件和软件可以保持不变。因此，氢内燃机的研发推进，对主机厂具备极大的吸引力。

“作为氢燃料电池、动力电池及可再生天然气动力链的补充，氢气发动机项目将为运输业实现可持续发展提供更多潜在的技术选择。”康明斯副总裁、发动机事业部总工程师白纳川（Jonathon White）认为。

挑战与机遇并存

事实上，氢内燃机的发展历史可以追溯到1997年。福特汽车在1997年启动氢内燃机的开发工作，搭载其2.0L氢气发动机的轿车车型在2001年发布；马自达在2003年发布了双燃料的Mazda RX-8 Hydrogen RE；宝马在2005年量产了基于宝马7系（E65）的12缸6L氢气/汽油双燃料发动机……

然而，当时由车企发起的氢内燃机革命似乎在2005年后经历了漫长的“雪藏期”，直到近年才重新回归各大车厂的视野：曼恩的第一台氢气内燃机原型机已经在实验室的台架上进行测试，道依茨的氢内燃机产品也已经可供预定；丰田在去年6月推出世界上首辆氢内燃机赛车后，于今年2月宣布开发氢燃料发动机，预计功率可达450马力（约330kW）。

这波由车企发动的氢内燃机探索为何消退后又回归？是什么给了氢内燃机“复出”的希望？

首先从氢内燃机的工作原理来看，氢内燃机与天然气发动机的零部件基本相似，包括缸体、曲柄、气缸盖、点火系统、安装部件等。

由于氢气自身的物理化学特点，氢燃料发动机空燃比控制、燃料喷射方式不同于天然气和汽油发动机。氢气更易燃，相比汽油发动机，氢燃料发动机更容易出现早燃、回火、爆震等问题，以及烧机油导致的氮氧化物大气污染排放等，是当时难以逾越的技术门槛。

此外，当年只有车企“孤军奋战”氢内燃机研发，存在储氢导致的续航时间短、氢能技术设施不完善导致的加氢难、供应链配套少等一系列问题。

如果说彼时的氢内燃机研发是各大车厂对于氢气这种高热值燃料的尝试，那么在当今全球绿色变革的大背景下，基于氢能的各路线动力解决方案的研发已经变成了车企和内燃机企业的迫切需求。

在近20年的时间里，氢能在车用领域的利用方式衍生出了氢燃料电池和氢内燃机两种技术路线，各有优缺点。

氢内燃机燃烧效率更低，续航、早燃、回火、爆震、污染物排放等问题仍待改进，但成本是目前的燃料电池价格的1/10甚至1/20。氢燃料电池相比氢内燃机化学能到机械能的能量转换效率更高，而且省去了内燃机中的机油润滑系统和散热系统，但各环节降本之路依旧漫长。

就目前量产车来看，氢燃料电池技术发展更迅速，我国已经进入了氢燃料电池汽车的示范推广阶段，促进了氢能基础设施的建设，以及氢能产业链的完善。这些也有利于氢内燃机的发展。

尤其对中重卡、船机、工程机械等高载荷和高功率密度应用来说，电动解决方案无法满足其运行要求，氢内燃机或可以为这些应用提供新的零碳解决方案。

从用户层面来看，由于外观、声音、工作方式都与大家熟悉的内燃机相似，且可靠性和耐用性可与柴油发动机相媲美。选择装配氢燃料发动机的车辆也是个不错的选择，可以避免投资一项全新技术引发潜在风险的担忧。

客观来看，在全球能源绿色化的大背景下，不同的动力路线擅长的领域和场景不尽相同，逐渐呈现出百花齐放的市场格局。

氢内燃机作为能够实现传统化石能源替代的可行性技术路线，已经引起了决策层、企业端、以及应用层面的重视。不过，目前业界还处于初步探索阶段，未来前景如何还有待观察。

文章来源：商车邦，科技日报，e公司，高工氢燃料电池