隨著全球?qū)μ贾泻湍繕说淖非?，氫能作為清潔能源的代表，正在成為未來能源轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)。在交通運輸領(lǐng)域的重型商用車板塊，氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)成為一項備受矚目的創(chuàng)新，特別是在美國、歐洲、日本和中國等主要經(jīng)濟體，多個廠商和研究機構(gòu)正在積極開發(fā)和推廣這一技術(shù)。本文概述了近年來全球在重型商用車用氫燃料內(nèi)燃機開發(fā)方面的最新動態(tài)。

政策法規(guī)成為氫內(nèi)燃機推廣的重要驅(qū)動力

伴隨各國政府對汽車排放節(jié)能及碳排放法規(guī)日益嚴苛，氫內(nèi)燃機作為清潔低碳的重要技術(shù)路線，各國在推動氫燃料內(nèi)燃機的發(fā)展方面出臺了多項政策、標準和法規(guī)。這些政策不僅為企業(yè)提供了經(jīng)濟和技術(shù)支持，也通過法規(guī)標準確保了氫燃料內(nèi)燃機的安全性和環(huán)保性。隨著政策的不斷完善和標準的逐步落實，氫燃料內(nèi)燃機有望在未來的重型商用車市場中占據(jù)重要地位，助力全球的能源轉(zhuǎn)型和碳中和目標的實現(xiàn)。

中國政府在《“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確提出了對氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)開發(fā)與應用的支持，并制定了相關(guān)的國家標準。國家和地方政府通財政補貼、稅收優(yōu)惠、研發(fā)資金支持等多種措施，積極推動氫燃料內(nèi)燃機在商用車領(lǐng)域的廣泛應用。在地方層面，河北、山東、廣東等省份已出臺了各自的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，為氫燃料內(nèi)燃機車輛的購置提供補貼，并對加氫站建設(shè)給予財政支持。在標準法規(guī)建設(shè)方面，中國已發(fā)布了多項與氫燃料內(nèi)燃機相關(guān)的國家標準，如《氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)規(guī)范》和《氫氣燃料質(zhì)量標準》等。這些國家標準為氫燃料內(nèi)燃機的研發(fā)與應用提供了技術(shù)支撐，確保其滿足安全性和環(huán)保性的嚴格要求。

美國政府通過《基礎(chǔ)設(shè)施投資與就業(yè)法案》提供資金支持氫燃料內(nèi)燃機的研發(fā)，并制定了相關(guān)排放標準。該法案為包括氫燃料內(nèi)燃機在內(nèi)的清潔能源技術(shù)提供了巨額的財政扶持。具體措施涵蓋了對氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資助、稅收抵免政策，以及對研發(fā)和示范項目的資金支持。美國能源部（DOE） 設(shè)立了多個專項計劃，如氫能地平線計劃（Hydrogen Shot），旨在降低氫能的成本，并加速氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)的發(fā)展。DOE提供研發(fā)資金，全力支持企業(yè)和研究機構(gòu)在氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)上的突破與應用推廣。2023 年，美國發(fā)布了國家氫能戰(zhàn)略，明確了氫能在交通、工業(yè)等領(lǐng)域的應用目標，并制定了相關(guān)技術(shù)標準和發(fā)展路線圖，以推動氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)的規(guī)范化與快速發(fā)展。

歐盟委員會發(fā)布了《氫能戰(zhàn)略》，為氫燃料內(nèi)燃機的研發(fā)和市場推廣提供資金支持，并在歐Ⅶ法規(guī)及下階段重型車碳排放法規(guī)中賦予氫內(nèi)燃機車零碳排放的待遇。歐盟還設(shè)立了“歐洲清潔氫能聯(lián)盟”，提供大量資金支持氫燃料內(nèi)燃機的研發(fā)和示范項目。此外，通過《歐洲綠色協(xié)議》，歐盟為氫能技術(shù)的發(fā)展提供了更為全面的政策和資金支持，旨在促進包括氫燃料內(nèi)燃機在內(nèi)的低碳技術(shù)的廣泛應用。德國、法國、荷蘭等歐洲國家也積極響應，制定了各自的氫能發(fā)展計劃，通過稅收優(yōu)惠、補貼和低息貸款等激勵措施，鼓勵企業(yè)開發(fā)和使用氫燃料內(nèi)燃機。

日本政府在《氫能基本戰(zhàn)略》中明確將氫燃料內(nèi)燃機列為重點支持的技術(shù)領(lǐng)域，并為此提供了稅收優(yōu)惠和研發(fā)補貼。該戰(zhàn)略自2017 年制定以來，在2023 年得到了更新，再次強調(diào)了氫燃料內(nèi)燃機的重要性。日本政府通過研發(fā)補助、稅收優(yōu)惠、融資支持等一系列措施，積極推動氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化進程。在地方層面，如福島、神奈川等氫能示范區(qū)的地方政府，也推出了地方性補貼和優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)在當?shù)亻_展氫燃料內(nèi)燃機的測試和應用。此外，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)?。∕ETI） 制定了氫燃料內(nèi)燃機的相關(guān)技術(shù)標準和安全規(guī)范，以確保其在實際應用中的安全性和環(huán)境友好性。同時，日本對《能源法》進行了修訂，新增了對氫能基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)要求，包括氫燃料內(nèi)燃機的應用標準，以及氫能在交通領(lǐng)域中的推廣措施。

氫內(nèi)燃機在重卡上應用的優(yōu)勢

重卡由于需要運輸大量貨物，因此對動力和轉(zhuǎn)矩的要求極高。氫燃料內(nèi)燃機能夠在保持高功率輸出的同時，提供與傳統(tǒng)柴油機相似的轉(zhuǎn)矩曲線。這意味著在重載和復雜路況下，氫內(nèi)燃機能夠提供足夠的牽引力，充分滿足重卡的實際需求。

加氫程迅速，有效縮短停車時間。與純電動卡車相比，氫燃料內(nèi)燃機的加氫操作非?？旖荩ǔH需幾分鐘即可完成。這一特點極大地減少了車輛的停機時間，對于長途貨運而言，這種快速補充燃料的能力無疑是一個關(guān)鍵優(yōu)勢，有助于提高運營效率。

長續(xù)航能力和零排放特性突出。氫燃料以其高能量密度著稱，這使得配備氫燃料內(nèi)燃機的重型卡車可以擁有較長的續(xù)航里程。這在長途運輸中尤為重要，減少了因頻繁加氫或充電所需的?？看螖?shù)，提高了運輸效率。此外，氫燃料內(nèi)燃機在燃燒氫氣時，主要排放的是水蒸氣，幾乎不排放二氧化碳。這使得它在環(huán)境法規(guī)日益嚴格的今天，成為了一種理想的清潔替代方案，有助于重型運輸行業(yè)實現(xiàn)碳減排目標，順應全球向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的大趨勢。

基礎(chǔ)設(shè)施相對成熟且易于利用。與氫燃料電池車相比，氫燃料內(nèi)燃機技術(shù)的一個顯著優(yōu)勢在于它可以在現(xiàn)有的內(nèi)燃機制造基礎(chǔ)上進行開發(fā)和改進。這意味著現(xiàn)有的制造設(shè)施和供應鏈可以被有效利用，從而降低了大規(guī)模生產(chǎn)和應用的技術(shù)與經(jīng)濟門檻。

技術(shù)轉(zhuǎn)型過程平滑且風險較低。對于眾多傳統(tǒng)內(nèi)燃機制造商和用戶而言，氫燃料內(nèi)燃機提供了一種相對平滑且風險可控的技術(shù)過渡途徑。這是因為氫內(nèi)燃機的基本工作原理與傳統(tǒng)內(nèi)燃機高度相似，因此現(xiàn)有的技術(shù)體系、維修技能和供應鏈資源在很大程度上可以得到延續(xù)和利用，從而有效減少了轉(zhuǎn)型程中的技術(shù)和經(jīng)濟風險。

適應性強且應用場景廣泛。氫燃料內(nèi)燃機還具備出色的適應性，它可以與混合動力系統(tǒng)結(jié)合使用，以在不同的駕駛條件下實現(xiàn)燃料效率和性能的優(yōu)化。這種靈活性使得氫燃料內(nèi)燃機能夠勝任多種應用場景，無論是市區(qū)內(nèi)的短途運輸還是長途重載運輸，都能展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。

綜上所述，氫燃料內(nèi)燃機在重卡上的應用具有顯著的優(yōu)勢，包括高功率輸出、快速加氫、長續(xù)航、零碳排放以及較為成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。這些優(yōu)勢使其成為重型運輸領(lǐng)域中一種有前景的清潔能源解決方案，能夠在滿足運輸需求的同時，推動行業(yè)向低碳方向發(fā)展。

國內(nèi)外氫內(nèi)燃機開發(fā)最新動態(tài)

美國康明斯是氫燃料內(nèi)燃機開發(fā)的主要推動者。2023 年，康明斯推出了其15 L 氫燃料內(nèi)燃機，這款發(fā)動機主要面向重型卡車市場。此外，康明斯還與美國能源部（DOE） 合作，參與了多個氫燃料內(nèi)燃機示范項目，旨在測試氫燃料的可行性和經(jīng)濟性。

康明斯宣布，在2021 年7 月，其測試的氫內(nèi)燃機達到了B6.7H 的開發(fā)目標，接近X15H 的目標示范車。同時，康明斯還與過度TATA 公司簽署了諒解備忘錄和早期采用意向書（ 涵蓋公路和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域）?？得魉孤暶?，其技術(shù)有望在10 年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，初始成本可控，且無須更換現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，維護和供應鏈與燃料電池發(fā)展相輔相成。這一成熟的技術(shù)為脫碳提供了多種選擇。盡管部署技術(shù)的研發(fā)成本高昂，但康明斯對市場容量充滿信心，并認為這足以維持投資。但是，也需要注意到地區(qū)性內(nèi)燃機禁令可能帶來的風險。

斯卡尼亞和西港噴射系統(tǒng)于2022年推出H2 HPDI 系統(tǒng)樣機。該系統(tǒng)可將功率提高 20%，轉(zhuǎn)矩提高15%，熱效率提高5%～10%。該噴射系統(tǒng)是從液化天然氣系統(tǒng)發(fā)展而來的，已有數(shù)以千計的裝置可隨時投入使用。使用西港HPDI系統(tǒng)改裝的斯堪尼亞13 L 6 缸發(fā)動機，在發(fā)動機改裝方面實現(xiàn)了最小化，同時兼容歐Ⅶ標準和EPA 2027 標準。開發(fā)的樣機采用HPDI 系統(tǒng)，在運行時獲得了更高的效率。

曼恩卡車在2021 年進行了首次氫燃料內(nèi)燃機原型發(fā)動機測試，并計劃在2024 年將測試車輛移交給首批客戶。該公司預計到2030 年，氫內(nèi)燃機的耐用性將與當前柴油機相似，并計劃在2025年實現(xiàn)批量生產(chǎn)。由于進氣道噴射需要增加發(fā)動機排量以減少功率損失，因此該樣機的排量為16.8 L，而不是原來的15.2 L，但盡管如此，它仍然保持了80% 零部件的通用性。

KEYOU 公司是一家專注于改裝轉(zhuǎn)換柴油機的企業(yè)，于2017 年推出了首批發(fā)動機改裝套件。目前的技術(shù)是基于7.8 L道依茨6 缸發(fā)動機進行改裝，可以達到44.5% 的峰值制動效率（BTE），并輸出210 kW 的功率。幾輛采用該技術(shù)的示范車已經(jīng)上路，并達到了歐Ⅵ排放標準，且無需后處理技術(shù)。

在歐洲，曼恩和沃爾沃是氫燃料內(nèi)燃機開發(fā)的主要企業(yè)。2023 年，曼恩宣布成功開發(fā)了適用于重型卡車的氫燃料內(nèi)燃機，并計劃在未來幾年內(nèi)進行大規(guī)模商業(yè)化。此外，沃爾沃也在積極探索氫燃料內(nèi)燃機的可能性，并參與了一些歐盟資助的項目。

在日本，豐田和五十鈴在氫燃料內(nèi)燃機領(lǐng)域取得了顯著進展。豐田在2023 年發(fā)布了其氫燃料內(nèi)燃機概念，并計劃在未來將其應用于卡車和公共交通工具。五十鈴則與本田合作，共同研究氫燃料內(nèi)燃機在卡車中的應用。

在中國，一汽解放、濰柴動力、玉柴是氫燃料內(nèi)燃機開發(fā)的主要推動者。近年來，這些企業(yè)也相繼發(fā)布了氫燃料內(nèi)燃機，標志著中國在這一領(lǐng)域的重大突破。他們計劃在未來幾年內(nèi)推出相關(guān)車型，進一步推動氫燃料內(nèi)燃機在中國市場的應用和發(fā)展。

氫內(nèi)燃機重卡使用場景及示范應用

在長途貨運場景中，康明斯于2023 年在北美加州的加利福尼亞州進行了試運行。康明斯推出了一款15 L 的氫燃料內(nèi)燃機，并將其安裝在長途貨運車輛上進行了實際測試。這些車輛主要在州際公路上進行長途運輸，測試了氫燃料內(nèi)燃機在實際貨運條件下的性能和續(xù)航能力。同樣，在港口和機場物流車輛方面，天津港的示范項目中配備了氫燃料內(nèi)燃機的集裝箱卡車，用于港口內(nèi)的短途運輸和貨物裝卸。這些卡車在高頻次運行的情況下，充分展示了氫燃料內(nèi)燃機的穩(wěn)定性和低排放優(yōu)勢。

在礦山運輸場景中，氫燃料內(nèi)燃機被安裝在重型自卸卡車上，并在礦區(qū)內(nèi)的復雜地形和高負荷條件下進行了長時間的試運行。這次試運行旨在評估氫燃料內(nèi)燃機在惡劣環(huán)境下的可靠性和續(xù)航能力。此外，市政環(huán)衛(wèi)車輛也采用了氫燃料內(nèi)燃機，用于市區(qū)的垃圾收集和運輸。在一些試點項目中，氫燃料內(nèi)燃機在城市環(huán)境中的排放、燃料效率和運行成本得到了實際測試。