氫內(nèi)燃機(jī)與氫燃料電池，誰是未來能源的王者？

2023-06-09 10:16:57 作者：蔡金盛

在初中化學(xué)課上，我們了解了元素周期表第一元素、宇宙中的原始原子氫的性質(zhì)。它本身可以與氧氣一起燃燒，并釋放出大量的熱能和水。在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)也是比沖最大的發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，使用氫氣作為汽車內(nèi)燃機(jī)的燃料當(dāng)然是可行的。

早在2007年，寶馬就推出了搭載V12氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的7系，但續(xù)航和性能太差，百公里加速接近10秒！如此低的性能，讓氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在很長一段時(shí)間內(nèi)淡出了人們的視野。直到豐田和現(xiàn)代汽車推出氫燃料電池電動(dòng)汽車，氫能源才再次獲得高度關(guān)注。氫燃料電池通過氫和氧的電子轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能，電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，從而大大提高了氫能的利用效率。

豐田氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)花冠賽車

迄今為止，氫燃料電池技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了大約10年，現(xiàn)在豐田已經(jīng)推出了氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)并將其安裝在賽車上?？磥碡S田已經(jīng)解決了直接燃燒氫氣效率低下的問題。那么問題來了，氫能的兩條發(fā)展路線：氫燃料電池和氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，哪一條更能代表未來？一是給你和電動(dòng)車一樣的駕駛體驗(yàn)，二是給你和傳統(tǒng)燃油車一樣的駕駛體驗(yàn)。其實(shí)我們不妨大膽猜測(cè)一下，未來可能會(huì)推出由氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)+氫燃料電池組成的氫氫混合動(dòng)力系統(tǒng)。

寶馬氫氣7

寶馬是世界上第一家推出氫動(dòng)力汽車的汽車制造商，已成功完成系列開發(fā)過程。氫7采用6.0L V12發(fā)動(dòng)機(jī)，191千瓦/260馬力，最大功率191千瓦，最大扭矩390Nm。它可以在9.5 秒內(nèi)從0 加速到100 公里/小時(shí)，最高速度電子限制為230 公里/小時(shí)。如果不能保證充足的氫氣供應(yīng)，V12發(fā)動(dòng)機(jī)可以快速切換到常規(guī)汽油工作模式。

寶馬氫氣7

BMW早在1978年就開始了氫動(dòng)力裝置的研究，并在未來幾年內(nèi)繼續(xù)研發(fā)和升級(jí)這項(xiàng)技術(shù)，開發(fā)出數(shù)代氫動(dòng)力汽車。 2000 年，寶馬成為世界上第一家在德國漢諾威2000 年世博會(huì)上展示氫動(dòng)力汽車示范車隊(duì)的汽車制造商。同時(shí)，BMW 750hL氫燃料汽車在真實(shí)測(cè)試條件下證明了其優(yōu)勢(shì)。

寶馬H2R 氫氣

2000 年，世界上第一個(gè)公共加氫站在慕尼黑機(jī)場(chǎng)啟用。 2004年發(fā)布搭載氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的概念賽車，同樣搭載6.0L V12發(fā)動(dòng)機(jī)，但最大功率為210kW，驅(qū)動(dòng)1.5噸的車身，最高時(shí)速為300.175公里/小時(shí)。

賽車性能雖然不差，但是移植到7系上，很明顯這臺(tái)6.0L V12的怪獸是用氫氧燃燒做功的，效率實(shí)在是太低了。 200公里的續(xù)航里程大大降低了它的實(shí)用性，完全沒有駕駛激情。對(duì)于寶馬來說，V12發(fā)動(dòng)機(jī)百公里加速9.5秒，簡(jiǎn)直就是個(gè)笑話。不過，在氫能的碳探索上，寶馬并沒有停下腳步，而是換了一種方式—— i Hydrogen Next

BMW i Hydrogen 下一個(gè)

2019年，寶馬發(fā)布了氫燃料電池技術(shù)的i Hydrogen Next，將X5車型改裝成氫燃料電池，可容納兩個(gè)700bar的氫氣罐，可容納6公斤氫氣。氫燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電量約為125kW，電動(dòng)機(jī)的輸出功率為275kW。

BMW i Hydrogen 下一個(gè)

BMW i Hydrogen Next 發(fā)電機(jī)堆

寶馬最終放棄了氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)向氫燃料電池的改造。這是目前氫能利用率最高的技術(shù)，也是豐田、現(xiàn)代等眾多大廠聯(lián)合研發(fā)的目標(biāo)。目前，國內(nèi)氫能科技企業(yè)蓬勃發(fā)展，最關(guān)鍵的儲(chǔ)氫罐、減壓閥、電堆等技術(shù)發(fā)展相當(dāng)成熟。

氫燃料電池的好處很明顯，補(bǔ)能快，加滿氫只需3分鐘，續(xù)航里程和燃油車一樣，駕駛體驗(yàn)和純電動(dòng)車一樣，而且只有水被發(fā)射。

豐田Mirai 氫燃料電池車

豐田Mirai 打破吉尼斯世界紀(jì)錄

2021年8月23-24日，豐田Mirai在南加州的往返行程中消耗了5.65公斤氫氣，總里程為845.3英里（1360公里），刷新了吉尼斯世界紀(jì)錄。這是EPA 續(xù)航里程402 英里的兩倍多。氫燃料電池汽車創(chuàng)下的另一項(xiàng)紀(jì)錄是2019 款現(xiàn)代NEXO，續(xù)航里程為778 公里。

由于氫燃料電池非常易于驅(qū)動(dòng)和使用，因此應(yīng)該沒有什么新鮮事可做。而腦洞大開的豐田卻將氫能源倒退了20年，再次推出了氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)——卡羅拉氫燃料賽車。豐田尚未公布?xì)淙紵夹g(shù)是否有望在短期內(nèi)進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域，但其在賽車上的應(yīng)用可以看作是一種驗(yàn)證和嘗試。對(duì)于那些熱衷于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的人來說，豐田的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相同的駕駛感覺、性能和豐富的尾氣，同時(shí)僅排放水和極少量的氮氧化物。

豐田花冠氫賽車

Toyota Corolla Hydrogen Fuel Racing 這款氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)配備了DENSO 噴嘴，通過高壓將氫氣噴入氣缸，并通過電腦控制點(diǎn)火角度來控制燃燒室內(nèi)的溫度。另一個(gè)亮點(diǎn)是，豐田卡羅拉氫燃料賽車配備了四個(gè)儲(chǔ)氫罐，可容納180L的氫氣。

從氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)到氫燃料電池再到氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，有句話說的很好，30年河?xùn)|，30年河西，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，氫能的利用開始轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)方向發(fā)展迅速。未來，我們不僅可以享受氫燃料電池帶來的安寧靜猛獸，也能享受到氫內(nèi)燃機(jī)帶來更澎湃的駕駛激情。但就目前量產(chǎn)車來看，氫燃料電池技術(shù)發(fā)展的更迅速，同時(shí)氫能源的化學(xué)能到電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換（無大量的熱損失），相比氫內(nèi)燃機(jī)化學(xué)能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換效率更高，而且省去了內(nèi)燃機(jī)中的機(jī)油潤滑系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)。也許未來的氫內(nèi)燃機(jī)，只會(huì)成為有錢人的大玩具。