油车开不起、电车开不远,氢内燃机才是新能源的正道?

在两会期间,有人大代表提交了《关于鼓励发展零碳排放氢气内燃机的建议》,希望国家能出台政策,扶持氢内燃机这条技术路线,从而以相对较小的代价,实现快速节能减排。




传统燃油车是大家的老熟人了,电动车大家也熟,但这个什么氢气内燃机,估计就没多少人认识了。它到底是啥原理呢?这玩意又为什么能减排呢?相比其它技术路线优势何在呢?


有对比,才好理解,我们首先回忆一下比较常见的两种技术路线,是怎么个工作流程。

【传统燃油车】
加油站加油→油箱储能→驱动内燃机

【纯电动车】
充电桩充电→电池储能→驱动电动机


上面两个都很好理解,但是业内还存在着一些相对比较冷门,而且原理比较复杂的技术路线,比如说下面两种。

【增程式电动车】
加油站加油→→内燃机烧油发电→进入电池→驱动电动机

【氢电池车】
加氢站加氢→氢罐储能→氢在反应堆栈中转化为电能→进入电池→驱动电动机

而我们今天的主角氢内燃机车,工作方式非常接近传统燃油车,它以一台以氢气为燃料的发动机提供动力。

【氢内燃机车】
加氢站加氢→氢罐储能→驱动内燃机


说得再直白一点,这玩意的本质,跟我们当年看到那些GNC出租车完全一样,只不过那些出租车是烧天然气,而氢内燃机车是烧氢气。

那么氢内燃机好在哪呢?第一,它并不烧油,而是跟氢燃料电池车一样加氢,氢燃烧后的主产物是水,所以并不产生碳排放,能减轻我们的环保压力;第二,它根本不需要长时间充电,毫无续航焦虑;第三,它的工作逻辑相对简单,和传统燃油车完全一样,没有沉重的电池和复杂的能量转化装置;第四,氢的能量更高,相同质量的氢气和汽油,氢气燃烧释放的能量是汽油的三倍左右。


最关键的是第五点,氢内燃机车和电完全不沾边,它的基础结构和燃油车一致。大家想想,GNC出租车是怎么来的?都是市售燃油车直接拿去玩了一波“油改气”,把烧油的发动机转变为烧气的,然后在后备厢安装一个气罐,转换的成本并不高。氢内燃机车,其实也是如此,它可以通过改装,而非从头新造一款车来实现。

(装备氢转子发动机的马自达RX-8)

这是非常有价值的优点,因为目前中国仍保留2.8亿台传统燃油车,而且大家还在不断购买新的燃油车,要将它们全部替换为电动车,需要极其漫长的时间,代价还很高昂,选择将油车改成氢车,显然更容易实现。再不济,车企们至少还可以把大部分发动机技术,都继续沿用下去,可以用相对较低的成本,打造出先进的氢内燃机车。

其实人类在最初开发内燃机时,就考虑过使用氢作为燃料。但氢这种气体,燃爆点低,往往还未点火就被发动机高温给引爆了,非常难以控制,而且氢气体积太大,不方便储存,所以很快就被工程师们放弃了。直到上个世纪70年代的石油危机,西方人体会到了缺油的恐惧,氢内燃机才被重新搬出来研究。在此后的几十年里,各家车企的工程师逐渐运用新技术,解决了氢燃料的重点问题,比如说新型材料的运用,让高强度压缩气罐诞生了,汽车可以在保证安全的前提下携带更多的氢,喷水冷却和废气再循环技术,也让氢气提前引爆的问题得到了根治。


至21世纪之初,氢内燃机的技术其实就已经相对成熟可靠,并不存在什么实用化的瓶颈,日德美法等汽车强国,都在车展上掏出了基于原有车型改造出的氢内燃概念车,从L4的家用级别,到V12的豪车,一应俱全。宝马家的Hydrogen 7系,实际上已经是量产状态了,Hydrogen 7系的氢内燃机既可以烧氢气,也可以直接切换为汽油驱动。它装备了一个74升油箱,和一个容量8kg的储氢罐。


像丰田,还派出了氢内燃机赛车参加24小时耐力赛,来向世人展示氢动力的可靠性,这台赛车直接使用了GR 雅力士上的1.6T发动机,其多重机油喷射活塞冷却系统、进气道抛光技术、大直径排气阀,在改造为氢动力之后,全部可以正常工作,而且这台赛车承受住了赛场的高强度使用,并成功跑完全程。


丰田还通过数次碰撞测试,验证了高强度储氢罐在车祸中的安全性,储氢罐能抵抗轻中度的碰撞,不出现任何泄漏,在破坏性撞击中则会进行喷射泄压,虽然喷出一大条火龙看起来会很恐怖,但是能避免氢气爆炸伤害成员。

从各个角度来看,氢内燃机都已经做好了上市铺开的准备,它又有这么多的优点,貌似真的是替代电动的理想选择。既然如此,那为何当初开始节能减排时,没有选择氢内燃机作为主要路线,反而是电动车崛起了呢?

其实根源在于配套设施,石油是地里挖出来的,电是发出来的,这两种常用的能源,在过去一个世纪里,已经建立了稳定的供应链体系。但是氢气并没有这种完善供应系统,它作为一种工业原料存在,产量远远不足应对数亿台汽车的消耗。目前全世界的产氢量为6300万吨,只能满足工业需求,想大规模推广氢内燃机车,至少需要将产量翻10倍到15倍,而制氢,又需要用到电能或者化石燃料,约等于脱了裤子放屁。而且要将加油站、运油车全部替换成了适应氢气的,这也是不小的成本。


而且,除了有迷人的声浪之外,内燃机本身,无论是输出特性还是效率,又或是可靠性、结构简单性,其实都远远不如电动机,这是业界公认的。电动机的局限其实在于,我们目前还没有找到一个可靠的提供电能的方法,无论是单纯的电池,还是增程式,都不算理解。如果将来有了终极解决方法,那么电动机毫无疑问会彻底打垮内燃机。


现在很多车企力推氢内燃机的路线,除了减排成本更低的考虑之外,其实更多的是私心。它们手里有相当多的内燃机技术储备,却没有电动机的,当世界走向电动化,自己的优势很快就会被对手消解,只有氢内燃机,能够帮它们延续上个时代的辉煌。


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