編譯 ｜ 楊玉科

編輯 ｜ 葛幫寧出品 ｜ 幫寧工作室（gbngzs）

去年，當(dāng)豐田章男（Akio Toyoda）將一輛氫動力試驗(yàn)車卡羅拉開上賽道的時(shí)候，他兜售的氫發(fā)動機(jī)概念就像荒野中一聲孤獨(dú)的吶喊，淹沒在這個(gè)正為純電動汽車發(fā)狂的行業(yè)。

一年后的今天，豐田汽車在供應(yīng)商世界里找到了意想不到的盟友。

美國渦輪增壓巨頭博格華納和日本活塞環(huán)專業(yè)公司理研（Riken Corp．）都在追求清潔內(nèi)燃機(jī)。近期，這兩家公司都加快技術(shù)開發(fā)步伐，以在未來發(fā)動機(jī)中燃燒零排放的氫氣，而不是污濁的汽油，不是氫燃料電池，而是用氫代替汽油的內(nèi)燃機(jī)。

越來越多的公司對這個(gè)想法表示歡迎。博格華納正在為氫發(fā)動機(jī)推出全系列零部件，包括噴油器、軌道系統(tǒng)和電子控制單元。今年，它甚至還贏得氫動力領(lǐng)域第一份合同——向一家歐洲建筑設(shè)備制造商提供新設(shè)備。

理研公司去年成立一個(gè)新部門，以打入氫發(fā)動機(jī)零部件市場。今年5月，它在日本的一家工廠開設(shè)了氫發(fā)動機(jī)評估中心。

自從豐田章男坐到卡羅拉氫動力賽車方向盤后，盡管孤軍奮戰(zhàn)，但豐田汽車一直積極倡導(dǎo)氫燃燒技術(shù)。過去一年來，豐田章男駕駛?cè)紵龤錃獾目�羅拉參加過許多比賽，最近還駕駛一輛氫動力雅力士參加了比賽。

豐田章男認(rèn)為，人類的敵人是碳，而不是內(nèi)燃機(jī)。但在此前，他的理念在全球投入數(shù)千億美元的可插電式電動汽車行業(yè)中，幾乎沒有得到什么支持。

▍問題不在于內(nèi)燃機(jī)，而在于碳

氫內(nèi)燃機(jī)其實(shí)無碳。它還有一個(gè)額外優(yōu)勢，可以利用現(xiàn)有發(fā)動機(jī)技術(shù)，以及開發(fā)和交付這些技術(shù)的供應(yīng)商和工人組成龐大全球網(wǎng)絡(luò)。對博格華納或理研這樣專注于內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的公司來說，氫有望更無縫地過渡到碳中和的未來。

博格華納日本公司區(qū)域經(jīng)理兼燃料系統(tǒng)總工程師漢斯·哈達(dá)姆（Hans Hardam）認(rèn)為，問題不在于內(nèi)燃機(jī)，而在于碳。

他的觀點(diǎn)與豐田章男幾乎完全一致。作為全球最大汽車制造商掌門人，豐田章男沒有放過任何機(jī)會來支持公司理念——清潔內(nèi)燃機(jī)與電動汽車和燃料電池汽車一樣，在碳中和策略中同樣可行。

事實(shí)是，其他幾個(gè)汽車廠商也在鉆研氫燃燒技術(shù)，如戴姆勒集團(tuán)和曼公司，發(fā)動機(jī)制造商康明斯和動力系統(tǒng)專家李斯特（AVL）。

雅馬哈正在研究氫動力在摩托車和全地形汽車上的潛在用途。今年早些時(shí)候，雅馬哈研制了一款5．0升V8氫動力發(fā)動機(jī)——基于雷克薩斯RC F運(yùn)動轎跑中使用的豐田動力系統(tǒng)。

勞斯萊斯的目標(biāo)更高。它正與英國易捷航空（easyJet）合作，在飛機(jī)上安裝氫發(fā)動機(jī)。

在地面上，氫內(nèi)燃機(jī)支持者看到建筑、農(nóng)業(yè)或海洋應(yīng)用的卡車，和其他重型車輛上早期商業(yè)化的潛力。氫密度使其成為比電池更好的柴油替代品，長時(shí)間重載的卡車不需要不切實(shí)際的、沉重而昂貴的電池組。

除重型車輛上的初步部署外——這些車輛自重很重，而且通常用于運(yùn)送重型貨物，博格華納也希望在SUV和皮卡上有所應(yīng)用。他們相信，氫動力在跑車和越野車等利基市場上也有機(jī)會。

博格華納從事氫燃燒研究已有十年，在歐洲建有兩個(gè)開發(fā)中心，其中一個(gè)在法國的布洛瓦，另一個(gè)在英國的吉利厄姆。哈達(dá)姆透露，與客戶的討論近幾年才開始。

對博格華納和理研公司這樣的老派內(nèi)燃機(jī)企業(yè)而言，氫內(nèi)燃機(jī)前景緩解了向純電動未來可能出現(xiàn)的不和諧轉(zhuǎn)變。

在理研公司看來，汽車零部件行業(yè)正面臨百年一遇的大變革，需要進(jìn)行重大改革。“我們將最大限度地利用90多年積累的發(fā)動機(jī)專業(yè)知識，將氫發(fā)動機(jī)作為實(shí)現(xiàn)脫碳的新一代發(fā)動機(jī)進(jìn)行開發(fā)。”

在脫碳方面，供應(yīng)商也面臨壓力。博格華納承諾在2035年前實(shí)現(xiàn)碳中和，并將氫內(nèi)燃機(jī)視為通過調(diào)整現(xiàn)有技術(shù)來緩解未來的一種方式。 “日本汽車行業(yè)有550萬人，我們希望避免行業(yè)結(jié)構(gòu)變化過快，這就是為什么日本制造商正在考慮替代燃料的原因。日本整車廠非常重視碳中和。”博格華納莫爾斯系統(tǒng)日本公司總經(jīng)理三島邦彥（Kunihiko Mishima）說。

博格華納原始設(shè)備零部件2021年銷售額接近140億美元，企業(yè)希望借助在渦輪增壓器、噴射器、燃料導(dǎo)軌、溫度傳感器和EGR系統(tǒng)方面的現(xiàn)有專長實(shí)現(xiàn)碳中和。此外，他們還看好氫發(fā)動機(jī)控制單元和軟件模塊的潛力，這些模塊可以調(diào)節(jié)燃料箱中的氫氣壓力。

為實(shí)現(xiàn)動力和排放的最佳平衡，氫發(fā)動機(jī)尤其需要渦輪增壓器。在燃燒方程中，氫比燃油需要更多空氣，而且需要在較稀薄的一面運(yùn)行以抑制溫度。博格華納預(yù)測，相對于燃油，氫擁有更高熱效率潛力。

雖然這些系統(tǒng)事實(shí)上是零碳的，但它們會從燃燒掉的潤滑劑中釋放出微量的碳，因此，它們其實(shí)并非零碳。與柴油一樣，氮氧化物是主要挑戰(zhàn)。

博格華納認(rèn)為，氫內(nèi)燃機(jī)是2035年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要工具。與豐田汽車一樣，博格華納將氫燃料系統(tǒng)視為實(shí)現(xiàn)更綠色未來的混合方案的一部分。小型乘用車可能會更屈從電動汽車，而氫燃料電池最終將成為更主流的選擇，但氫內(nèi)燃機(jī)會填補(bǔ)某些空白。

▍雞尾酒式解決方案

雖然氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)使現(xiàn)有發(fā)動機(jī)成本增加30％，但因?yàn)榻�立在成熟技術(shù)基礎(chǔ)之上，它仍然比電池和燃料電池便宜。而且供應(yīng)鏈已經(jīng)存在，氫內(nèi)燃機(jī)可以比下一代電池和燃料電池堆更快推向市場。

支持者認(rèn)為，與燃料電池相比，氫內(nèi)燃機(jī)成本更低、更可靠、更耐久，但在效率上略落后于前者。與純電池動力系統(tǒng)相比，氫內(nèi)燃機(jī)在冷熱環(huán)境和重載條件下表現(xiàn)更好。

由于氫內(nèi)燃機(jī)是一種新興利基技術(shù)，很難預(yù)測其長期市場滲透率。博格華納預(yù)計(jì)，氫內(nèi)燃機(jī)最終將占重型汽車和設(shè)備行業(yè)20％～30％。哈達(dá)姆表示，還有很多未知因素，但這個(gè)市場潛力很大。

利用現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)是博格華納等老牌供應(yīng)商的關(guān)鍵，但即便是在尋求產(chǎn)品組合多樣化的同時(shí)，它也沒有忽視向電動汽車轉(zhuǎn)型。去年，博格華納全球營收不到3％來自電動汽車相關(guān)產(chǎn)品，它希望將這一比例在2025年增加到25％或更多，在2030年增加到45％。

博格華納有一長串新產(chǎn)品目標(biāo)清單，包括電驅(qū)動電機(jī)、逆變器、車載充電器、DC－DC轉(zhuǎn)換器和電池組控制器等。

“動力系統(tǒng)會更多樣化，這是一種雞尾酒式的解決方案，取決于市場、區(qū)域、企業(yè)政策和政府政策�！惫�達(dá)姆說。

博格華納日本業(yè)務(wù)規(guī)模很大，擁有兩家工廠、一個(gè)技術(shù)中心和工程辦公室網(wǎng)絡(luò)，為幾乎所有日本大型汽車制造商服務(wù)。它還與日本轉(zhuǎn)向和軸承制造商恩斯克（NSK）成立了一家合資企業(yè)。

博格華納在日本從制造發(fā)動機(jī)和傳動鏈開始，現(xiàn)在制造各種與發(fā)動機(jī)相關(guān)的零部件，包括正時(shí)鏈、鏈輪和可變凸輪正時(shí)系統(tǒng)等。

但博格華納研究氫內(nèi)燃機(jī)的動因，并不僅僅是與豐田汽車做生意。它旨在尋求技術(shù)本身的優(yōu)點(diǎn)，其主要研究中心在歐洲，客戶不僅來自日本，還來自韓國、歐洲、中國和美國。

哈達(dá)姆解釋道，這不僅僅是一項(xiàng)日本人或者豐田汽車的行動。

▍氫燃料電池的潛力

雖然乘用車行業(yè)正賣力讓消費(fèi)者相信，氫燃料電池汽車在日常交通中將占有一席之地，但是，首先看到這項(xiàng)技術(shù)巨大潛力的是卡車制造商。

戴姆勒卡車技術(shù)主管安德烈斯·戈?duì)柊秃眨ˋndreas Gorbach）在2022年國際汽車工業(yè)協(xié)會運(yùn)輸大會（IAA Transportation 2022）上說，這是一個(gè)化學(xué)問題，沒有任何一種電池化學(xué)物質(zhì)能超越氫氣儲存的能量。

“假設(shè)取電化學(xué)差異最大的元素，得到最高的能量、最高的電壓和最高的能量密度電池，都無法與氫媲美�！备�?duì)柊秃昭a(bǔ)充道，即使有重大突破，電池的化學(xué)反應(yīng)也只能達(dá)到氫能的1／30，沒有任何元素可以與氫競爭。

可以肯定的是，在氫燃料電池卡車開始取代柴油牽引車之前，仍有重大障礙要克服，因?yàn)閹缀鯖]有燃料基礎(chǔ)設(shè)施�，F(xiàn)有氫供應(yīng)鏈無法支撐成千上萬輛卡車。

此外，加氫精制過程也不清潔，違背了零尾氣排放汽車的初衷。該行業(yè)必須加大利用太陽能、風(fēng)能和其他可再生能源生產(chǎn)氫氣的力度，以實(shí)現(xiàn)綠色承諾。

戈?duì)柊秃論?dān)心，基礎(chǔ)設(shè)施的瓶頸會阻礙行業(yè)發(fā)展。在一些區(qū)域和國家禁止使用柴油發(fā)動機(jī)的情況下，卡車運(yùn)輸公司沒有最佳選擇。

戴姆勒在開發(fā)燃料電池卡車的同時(shí)，也在繼續(xù)進(jìn)軍純電動卡車市場，它在IAA運(yùn)輸大會上發(fā)布一款采用新型電池化學(xué)結(jié)構(gòu)的歐洲車型。戴姆勒卡車首席執(zhí)行官M(fèi)artin Daum告訴Automotive News，這款卡車的動力系統(tǒng)和電池化學(xué)成分，將在幾年內(nèi)應(yīng)用于美國公路上的貨運(yùn)車。

IAA運(yùn)輸大會焦點(diǎn)集中在先進(jìn)的運(yùn)輸技術(shù)上——電動電池和氫燃料電池車型。戴姆勒卡車、沃爾沃、比亞迪、依維柯，以及幾乎所有其他8級卡車制造商，都將電動牽引車放在展臺最前面和最中間。在法蘭克福會議中心，他們把柴油車型停在次要位置，或外面大廳之間的人行道上。

戴姆勒卡車是一家獨(dú)立卡車制造商，2021年12月從戴姆勒集團(tuán)中分拆出來，它在多個(gè)IAA會議上宣傳氫燃料電池。參觀戴姆勒卡車主展臺的游客，可以登上這輛安靜又平穩(wěn)的GenH2燃料電池概念車。戴姆勒卡車還展示了Cellcentric（與沃爾沃集團(tuán)各持一半股權(quán)的合資企業(yè)）開發(fā)的最新一代燃料電池組。

因受企業(yè)逐步淘汰柴油運(yùn)輸時(shí)間表的影響，在新聞發(fā)布會和采訪中，Daum帶著緊迫感的語氣討論了氫技術(shù)�！拔覀兩�活在碳經(jīng)濟(jì)中，碳使世界升溫……這不是我們想要生活的世界�！盌aum說，在美國長途運(yùn)輸中，燃料電池動力系統(tǒng)是柴油發(fā)動機(jī)的合理替代品，燃料電池動力系統(tǒng)利用氫氣發(fā)電來驅(qū)動馬達(dá)。

燃料和動力系統(tǒng)的重量比電動卡車行駛同樣距離所需重型電池要輕，更輕的重量使運(yùn)輸卡車可以裝載更多貨物。此外，燃料電池卡車的加油速度與內(nèi)燃機(jī)卡車差不多，從而免除了司機(jī)充電延遲的問題。

沃爾沃希望燃料電池技術(shù)能更好地用于長距離和極端負(fù)載。其全球產(chǎn)品管理主管杰西卡·桑德士托姆（Jessica Sandstr?m）說：“我們知道，這將在很大程度上取決于基礎(chǔ)設(shè)施，以及綠色氫氣和綠色電力的可行性�！�

沃爾沃正在測試燃料電池電動卡車，每加一次燃料可以跑大約600英里。其計(jì)劃在2025年，讓歐洲客戶測試這種卡車，并在未來幾年擴(kuò)展到美國和其他市場。

尼古拉公司已經(jīng)在美國測試一款燃料電池半掛車。在IAA運(yùn)輸大會上，它推出了面向歐洲市場的一款車型，并計(jì)劃在亞利桑那州的柯立芝工廠進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)。尼古拉總裁Michael Lohscheller告訴Automotive News，這款車明年下半年將在美國上市，后年將在歐洲上市。

目前，針對客戶的測試項(xiàng)目正在幫助尼古拉改進(jìn)最終產(chǎn)品。尼古拉還在建設(shè)一個(gè)燃料基礎(chǔ)設(shè)施，首先在長灘港建設(shè)一個(gè)燃料站，接著在靠近南加州主要配送中心的科爾頓和安大略省，建設(shè)另外兩個(gè)燃料站。

“我可以賣給你一輛卡車，但不能讓你靠運(yùn)氣找到氫氣，我必須確保能給你提供氫氣，我們需要把這些東西結(jié)合起來�！盠ohscheller說。

其他公司也在現(xiàn)實(shí)條件下測試燃料電池卡車。

豐田汽車與肯沃斯公司（Kenworth）合作，將10輛柴油驅(qū)動的8級卡車改裝為燃料電池卡車，用于南加州一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目證明，燃料電池卡車性能可以與用于拖運(yùn)的柴油半拖車媲美。拖運(yùn)專門指貨物從港口運(yùn)往地區(qū)目的地的運(yùn)輸。

豐田汽車北美公司發(fā)言人喬�！げ�恩斯（Josh Burns）說，貨運(yùn)卡車主要運(yùn)行本地路線，行駛距離不是很遠(yuǎn)，所以，其重點(diǎn)是滿足或超過貨運(yùn)路線的基線需求。

該項(xiàng)目的成功使豐田汽車相信，向卡車制造商出售零排放技術(shù)大有市場。明年，他們將在肯塔基豐田汽車制造公司建造一條專門生產(chǎn)線，為重型商用汽車組裝雙燃料電池模塊。

他們還計(jì)劃為洛杉磯地區(qū)的零部件供應(yīng)場保留幾輛燃料電池卡車的原型車。

有企業(yè)正在探索燃料電池在城市包裹遞送和交易中的應(yīng)用�，F(xiàn)代汽車集團(tuán)和依維柯集團(tuán)在IAA運(yùn)輸大會上，發(fā)布eDAILY燃料電池電動汽車——搭載依維柯大型貨車的燃料電池系統(tǒng)。

盡管這款貨車的目標(biāo)是歐洲市場，但它展示了汽車制造商如何將為乘用車開發(fā)的零排放技術(shù)用于大型商用車。豐田／肯沃斯8級卡車搭載的是，為豐田Miri轎車設(shè)計(jì)的燃料電池堆。

戈?duì)柊秃照J(rèn)為，氫技術(shù)的進(jìn)步表明，交通運(yùn)輸正在擺脫一個(gè)內(nèi)燃機(jī)為乘用車、卡車、建筑設(shè)備和幾乎所有其他移動用途提供解決方案的世界。

桑德士托姆對此表示贊同。他說，我們需要為一切做好準(zhǔn)備，因?yàn)闆]有適合所有人的靈丹妙藥。

（本文部分內(nèi)容綜合Automotive News報(bào)道，部分圖片來自網(wǎng)絡(luò)

       原文標(biāo)題 : 氫動力的未來