編譯 ｜ 楊玉科

編輯 ｜ 葛幫寧出品 ｜ 幫寧工作室（gbngzs）

去年，當豐田章男（Akio Toyoda）將一輛氫動力試驗車卡羅拉開上賽道的時候，他兜售的氫發(fā)動機概念就像荒野中一聲孤獨的吶喊，淹沒在這個正為純電動汽車發(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．）都在追求清潔內燃機。近期，這兩家公司都加快技術開發(fā)步伐，以在未來發(fā)動機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燃機。

越來越多的公司對這個想法表示歡迎。博格華納正在為氫發(fā)動機推出全系列零部件，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域第一份合同——向一家歐洲建筑設備制造商提供新設備。

理研公司去年成立一個新部門，以打入氫發(fā)動機零部件市場。今年5月，它在日本的一家工廠開設了氫發(fā)動機評估中心。

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氫燃燒技術。過去一年來，豐田章男駕駛燃燒氫氣的卡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。

豐田章男認為，人類的敵人是碳，而不是內燃機。但在此前，他的理念在全球投入數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。

▍問題不在于內燃機，而在于碳

氫內燃機其實無碳。它還有一個額外優(yōu)勢，可以利用現有發(fā)動機技術，以及開發(fā)和交付這些技術的供應商和工人組成龐大全球網絡。對博格華納或理研這樣專注于內燃機產品的公司來說，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)域經理兼燃料系統(tǒng)總工程師漢斯·哈達姆（Hans Hardam）認為，問題不在于內燃機，而在于碳。

他的觀點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會來支持公司理念——清潔內燃機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。

事實是，其他幾個汽車廠商也在鉆研氫燃燒技術，如戴姆勒集團和曼公司，發(fā)動機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。今年早些時候，雅馬哈研制了一款5．0升V8氫動力發(fā)動機——基于雷克薩斯RC F運動轎跑中使用的豐田動力系統(tǒng)。

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

在地面上，氫內燃機支持者看到建筑、農業(yè)或海洋應用的卡車，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，長時間重載的卡車不需要不切實際的、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，而且通常用于運送重型貨物，博格華納也希望在SUV和皮卡上有所應用。他們相信，氫動力在跑車和越野車等利基市場上也有機會。

博格華納從事氫燃燒研究已有十年，在歐洲建有兩個開發(fā)中心，其中一個在法國的布洛瓦，另一個在英國的吉利厄姆。哈達姆透露，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燃機企業(yè)而言，氫內燃機前景緩解了向純電動未來可能出現的不和諧轉變。

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，需要進行重大改革�！拔覀儗⒆畲笙薅鹊乩�用90多年積累的發(fā)動機專業(yè)知識，將氫發(fā)動機作為實現脫碳的新一代發(fā)動機進行開發(fā)�！�

在脫碳方面，供應商也面臨壓力。博格華納承諾在2035年前實現碳中和，并將氫內燃機視為通過調整現有技術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)結構變化過快，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�！辈└袢A納莫爾斯系統(tǒng)日本公司總經理三島邦彥（Kunihiko Mishima）說。

博格華納原始設備零部件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、燃料導軌、溫度傳感器和EGR系統(tǒng)方面的現有專長實現碳中和。此外，他們還看好氫發(fā)動機控制單元和軟件模塊的潛力，這些模塊可以調節(jié)燃料箱中的氫氣壓力。

為實現動力和排放的最佳平衡，氫發(fā)動機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行以抑制溫度。博格華納預測，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，它們其實并非零碳。與柴油一樣，氮氧化物是主要挑戰(zhàn)。

博格華納認為，氫內燃機是2035年實現碳中和目標的重要工具。與豐田汽車一樣，博格華納將氫燃料系統(tǒng)視為實現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，但氫內燃機會填補某些空白。

▍雞尾酒式解決方案

雖然氫內燃機技術使現有發(fā)動機成本增加30％，但因為建立在成熟技術基礎之上，它仍然比電池和燃料電池便宜。而且供應鏈已經存在，氫內燃機可以比下一代電池和燃料電池堆更快推向市場。

支持者認為，與燃料電池相比，氫內燃機成本更低、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，氫內燃機在冷熱環(huán)境和重載條件下表現更好。

由于氫內燃機是一種新興利基技術，很難預測其長期市場滲透率。博格華納預計，氫內燃機最終將占重型汽車和設備行業(yè)20％～30％。哈達姆表示，還有很多未知因素，但這個市場潛力很大。

利用現有內燃機技術是博格華納等老牌供應商的關鍵，但即便是在尋求產品組合多樣化的同時，它也沒有忽視向電動汽車轉型。去年，博格華納全球營收不到3％來自電動汽車相關產品，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品目標清單，包括電驅動電機、逆變器、車載充電器、DC－DC轉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�達姆說。

博格華納日本業(yè)務規(guī)模很大，擁有兩家工廠、一個技術中心和工程辦公室網絡，為幾乎所有日本大型汽車制造商服務。它還與日本轉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)動機和傳動鏈開始，現在制造各種與發(fā)動機相關的零部件，包括正時鏈、鏈輪和可變凸輪正時系統(tǒng)等。

但博格華納研究氫內燃機的動因，并不僅僅是與豐田汽車做生意。它旨在尋求技術本身的優(yōu)點，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。

哈達姆解釋道，這不僅僅是一項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，首先看到這項技術巨大潛力的是卡車制造商。

戴姆勒卡車技術主管安德烈斯·戈爾巴赫（Andreas Gorbach）在2022年國際汽車工業(yè)協(xié)會運輸大會（IAA Transportation 2022）上說，這是一個化學問題，沒有任何一種電池化學物質能超越氫氣儲存的能量。

“假設取電化學差異最大的元素，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�！备隊柊秃昭a充道，即使有重大突破，電池的化學反應也只能達到氫能的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，因為幾乎沒有燃料基礎設施�，F有氫供應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、風能和其他可再生能源生產氫氣的力度，以實現綠色承諾。

戈爾巴赫擔心，基礎設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)動機的情況下，卡車運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，也在繼續(xù)進軍純電動卡車市場，它在IAA運輸大會上發(fā)布一款采用新型電池化學結構的歐洲車型。戴姆勒卡車首席執(zhí)行官Martin Daum告訴Automotive News，這款卡車的動力系統(tǒng)和電池化學成分，將在幾年內應用于美國公路上的貨運車。

IAA運輸大會焦點集中在先進的運輸技術上——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立卡車制造商，2021年12月從戴姆勒集團中分拆出來，它在多個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（與沃爾沃集團各持一半股權的合資企業(yè)）開發(fā)的最新一代燃料電池組。

因受企業(yè)逐步淘汰柴油運輸時間表的影響，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。“我們生活在碳經濟中，碳使世界升溫……這不是我們想要生活的世界�！盌aum說，在美國長途運輸中，燃料電池動力系統(tǒng)是柴油發(fā)動機的合理替代品，燃料電池動力系統(tǒng)利用氫氣發(fā)電來驅動馬達。

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燃機卡車差不多，從而免除了司機充電延遲的問題。

沃爾沃希望燃料電池技術能更好地用于長距離和極端負載。其全球產品管理主管杰西卡·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設施，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。其計劃在2025年，讓歐洲客戶測試這種卡車，并在未來幾年擴展到美國和其他市場。

尼古拉公司已經在美國測試一款燃料電池半掛車。在IAA運輸大會上，它推出了面向歐洲市場的一款車型，并計劃在亞利桑那州的柯立芝工廠進行商業(yè)生產。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，針對客戶的測試項目正在幫助尼古拉改進最終產品。尼古拉還在建設一個燃料基礎設施，首先在長灘港建設一個燃料站，接著在靠近南加州主要配送中心的科爾頓和安大略省，建設另外兩個燃料站。

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

其他公司也在現實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輛柴油驅動的8級卡車改裝為燃料電池卡車，用于南加州一個試點項目。該項目證明，燃料電池卡車性能可以與用于拖運的柴油半拖車媲美。拖運專門指貨物從港口運往地區(qū)目的地的運輸。

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

該項目的成功使豐田汽車相信，向卡車制造商出售零排放技術大有市場。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線，為重型商用汽車組裝雙燃料電池模塊。

他們還計劃為洛杉磯地區(qū)的零部件供應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用�，F代汽車集團和依維柯集團在IAA運輸大會上，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轎車設計的燃料電池堆。

戈爾巴赫認為，氫技術的進步表明，交通運輸正在擺脫一個內燃機為乘用車、卡車、建筑設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備，因為沒有適合所有人的靈丹妙藥。

（本文部分內容綜合Automotive News報道，部分圖片來自網絡

       原文標題 : 氫動力的未來