最近一涨再涨的油价牵动着无数油车车主的心,同时也带热了新能源汽车的销量;不过现阶段新能源在卡车领域普及的还相当缓慢(高昂的车价和较短的续航里程是硬伤),因此高油价给卡车司机带来的焦虑远胜乘用车车主。那么有没有一种既能使用新能源,又兼顾传统车特性的解决方案呢?这个还真有,就是“氢内燃机”。
正所谓“春江水暖鸭先知”,卡车相关企业对于形势变化的嗅觉异常灵敏。接下来我先列几则新闻:1、2021年12月,广西玉柴机器股份有限公司在北京理工大学正式发布玉柴首台商用车氢内燃机。2、2022年1月康明斯宣布联合物流企业于下半年验证 15 L 氢内燃机;3、2022年6月8日,由一汽解放自主设计研发的国内首款重型商用车缸内直喷氢气发动机成功点火并稳定运行;4、2022年6月14日中国重汽、潍柴动力联合发布全国首台商业化氢内燃机重卡。
短短半年内这些国内国际知名企业都发布了和氢内燃机相关的消息这难道是巧合?
这当然不是巧合。那么关键的问题是:怎么之前很少听说的氢内燃机突然就火了?在氢内燃机大热背后是否预示着新一轮行业变局的到来?以及之前一直被唱衰的内燃机是否可以继续长盛不衰?
氢内燃机何以大火?
在众多替代化石能源的备选者里,氢有着自己十分独特的优势,比如其热值高(大约是汽油的3倍),燃烧之后就是水,十分的环保等等,因此有人将氢能誉为21世纪的终极能源(其他诸如甲醇、生物柴油、天然气等石油替代燃料光环保这块就和氢气没有可比性)。
目前氢能利用主要有两种技术路线:氢燃料电池和氢内燃机。过去大家听到最多的是氢燃料电池,不过氢燃料电池因为技术复杂和造价高昂等因素,发展受到一定的制约;这也就给氢内燃机的发展留下了空间。
并且从适应性和匹配度方面来看,在卡车领域氢内燃机比氢燃料电池更有优势。这些优势主要体现在以下几个方面:
相较于动力电池,内燃机在高负荷情形下效率更高,更适合于重型卡车的运输工况。
氢内燃机脱胎于传统内燃机,升级成本和制造成本都更低,适合快速大规模的推广。
相比于氢燃料电池必须用高纯度氢,氢内燃机对于纯度的要求不高,也不依赖稀有金属。
氢内燃机耐久性高,在目前的技术条件下寿命约为30万公里。
综上在氢燃料电池没有大规模产业化之前,氢内燃机是最佳利用氢能的形式。由此相关企业要想适应越来越苛刻的环保法规(欧7排放标准预计在2025年在欧盟开始实施,我国后续也会跟进),选择氢能是个靠谱的选择;而现阶段要想低成本地利用氢能,氢内燃机就成了不二之选,它火也就顺理成章了。
氢内燃机能否改变行业格局,同时为内燃机续命?我认为:氢内燃机并不能改变行业格局,并且只能暂时为内燃机续命。
接下来我来说说我的依据。早在1820年英国学者Reverend.W.Cecil在剑桥哲学学会就提出了采用氢气作为机械动力的构想,随后研发出的氢内燃机获得了满意的运行效果;但后续为什么氢内燃机没有干过化石能源内燃机呢?这还是因为氢气特殊的理化性质。要利用氢气首先储存和运输的条件就很苛刻(低温+高压),氢气在内燃机内部还能造成“氢脆”(材料由于吸氢或氢渗而造成机械性能严重退化,发生脆断的现象)缩短其寿命,另外氢气在内燃机内部燃烧还会造成“爆燃”、“回火”、“早燃”等问题。同时氢内燃机也并不能像氢燃料电池那样做到真正的零排放,会产生氮氧化合物(高温导致的化学反应副产品)和碳氧化合物(来自机油燃烧)。
虽然以上这些问题很多已经被攻克,但是氢内燃机相比燃料电池在热效率方面要低5-10%。更为重要的是氢能源还要面对来自纯电模式的竞争,氢能源在普及过程中就一个字“贵”,建一座加氢站1000万元,而建一根快充电桩只要1万元左右。高昂的推广成本严重制约了氢能的发展。氢能的优势在于快速加注以及长续航(这正是纯电汽车的痛点),这也就是为什么丰田、现代、本田等企业在氢能下重注的原因。不过从全球范围的能源结构来看,氢能只占5%,氢能在推广应用方面还有很长的路要走。
综合分析我有了以下的结论,氢能和纯电在现阶段可以形成某种形式的互补,因此有实力的企业大多选择两条腿走路,纯电和氢能两边下注。而氢内燃机可以帮助扩大氢能的应用规模,较快形成产业拉低成本。不过氢内燃机作为一种低阶的氢能利用形式,只能起到一个过渡的作用,最终还是要回归到氢燃料电池这种形式上来。
早前,大众和奥迪已经宣布停止研发新内燃机,这既是企业的选择也代表了未来的趋势。与动力电池相比,内燃机无论是环保升级的潜力还是热效率都已接近极限。一个没有发展潜力的事物,衰败直至淘汰就成了必然,这不是换种燃料就能解决的事情。
因此,我才坚定地认为氢内燃机这种产品,并不能改变大局,“过渡”才是它的使命。