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氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)真的不可行嗎？


氫燃料的內(nèi)燃機(jī)概念是非常有吸引力的，因?yàn)闅錃釮2燃燒的產(chǎn)物是H2O水，沒(méi)有有害排放物，也完全不排放CO2，看起來(lái)簡(jiǎn)直是完美的內(nèi)燃機(jī)燃料 。到為啥氫燃料內(nèi)燃機(jī)一直沒(méi)有進(jìn)入市場(chǎng)呢？我們來(lái)看一看原因是啥 。
首先，氫燃料內(nèi)燃機(jī)不是什么新 科技，寶馬和馬自達(dá)都曾經(jīng)花費(fèi)很大精力研究過(guò)氫燃料內(nèi)燃機(jī) 。我們先來(lái)看看兩家的研究成果：
1.寶馬的氫燃料內(nèi)燃機(jī)研究項(xiàng)目
寶馬從上世紀(jì)90年代開(kāi)始了氫內(nèi)燃機(jī)的研究，寶馬在傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造了一款氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)驗(yàn)證氫燃料內(nèi)燃機(jī)的可行性（圖1），項(xiàng)目的車型是著名的寶馬7系，寶馬改造后稱為Hydrogen 7轎車（圖2），也就是氫燃料內(nèi)燃機(jī)的寶馬7系 。
寶馬專門開(kāi)發(fā)了氫氣氣體噴射系統(tǒng)來(lái)代替原來(lái)的汽油直噴系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了火花塞，氣門等一系列技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的工作 。大約在2010年左右，寶馬逐漸停止了氫內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)路線轉(zhuǎn)而開(kāi)發(fā)氫燃料電池技術(shù)了 。
2. 馬自達(dá)的氫燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)研究項(xiàng)目
馬自達(dá)對(duì)氫內(nèi)燃機(jī)的主要研究方向還是集中在馬自達(dá)擅長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上 。馬自達(dá)也是從上世紀(jì)90年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)了它的第一輛氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)概念車Mazda HR-X（圖3） 。后來(lái)馬自達(dá)又在2004年發(fā)布了稱為RENESIS氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)（圖4圖5） 。馬自達(dá)RENESIS氫動(dòng)力轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是專門為氫燃料設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了雙氫噴射器 ， 電動(dòng)增壓器，EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的你一系列新技術(shù) 。
馬自達(dá)甚至還將氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)引入混合動(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)布了馬自達(dá)的Hydrogen RE Hybrid系統(tǒng) 。還考慮過(guò)將這一氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程式混合動(dòng)力的增程式使用 。可以說(shuō)馬自達(dá)在氫燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)方面可以說(shuō)是煞費(fèi)苦心 。不過(guò)最終馬自達(dá)沒(méi)有堅(jiān)持到最后，大約在2012年后馬自達(dá)逐步停止了氫燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā) 。
3.氫燃料內(nèi)燃機(jī)的問(wèn)題
寶馬和馬自達(dá)最終都擱置了氫內(nèi)燃機(jī)的開(kāi)發(fā) ， 其中寶馬已經(jīng)轉(zhuǎn)向了氫燃料電池的開(kāi)發(fā)，2015年寶馬發(fā)布了i8氫燃料電池概念車（圖8） 。其原因主要是在研發(fā)過(guò)程中他們發(fā)現(xiàn)了氫內(nèi)燃機(jī)存在一些暫時(shí)無(wú)法克服的問(wèn)題：
（1）氫內(nèi)燃機(jī)燃燒氫氣也會(huì)有有害氣體排放
一般人認(rèn)為氫氣在內(nèi)燃機(jī)中燃燒的產(chǎn)物只有水蒸氣 ， 是絕對(duì)環(huán)保的 。實(shí)際情況是，氫內(nèi)燃機(jī)在燃燒氫氣時(shí) ， 會(huì)產(chǎn)生NOX氮氧化合物排放 。
NOX氮氧化合物排放產(chǎn)生主要的機(jī)理如下：空氣中是含有N2氮?dú)夂蚈2的，這兩種氣體常溫下是不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，但是在燃燒室高溫高壓的環(huán)境下就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成有害的NOX氮氧化合物 。
普通汽油機(jī)可以通過(guò)三元催化器用同時(shí)產(chǎn)生的另外兩種排放物HC和CO來(lái)作為還原劑將NOX還原成無(wú)害的N2氮?dú)夂蚈2氧氣（圖6） 。而氫內(nèi)燃機(jī)就由于不排放HC和CO無(wú)法采用三元催化器方案 。
而氫燃料電池技術(shù) ， 由于反應(yīng)溫度較低，因此不會(huì)產(chǎn)生NOx排放，排放物只有水 。在排放上比氫燃料內(nèi)燃機(jī)更有優(yōu)勢(shì) 。
（2） 和氫燃料電池相比效率上處于劣勢(shì)
由于內(nèi)燃機(jī)熱機(jī)，化學(xué)能要先轉(zhuǎn)化成熱能在轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)會(huì)帶走熱量（圖7） 。當(dāng)前技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)最高熱效率也只有40%左右(在很多工況下是低于30%的) ， 寶馬氫燃料內(nèi)燃機(jī)的研究結(jié)果最終的熱效率也只達(dá)到了42% 。
而氫燃料電池是直接講化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 ， 再將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛 。運(yùn)行溫度比較低，沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)較大的熱損失，因此效率高的多，目前能夠達(dá)到60% 。從效率上完勝氫燃料內(nèi)燃機(jī) 。（圖9）
總結(jié)一下，目前的技術(shù)條件下，和氫燃料電池技術(shù)相比，氫燃料內(nèi)燃機(jī)在排放和效率上都完全沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，技術(shù)上是不可行的 。
氫燃料電池商業(yè)化過(guò)程任重道遠(yuǎn)！即便如此，也沒(méi)有必要找一個(gè)鋰電中間過(guò)程替代產(chǎn)品，是吧？
從環(huán)境維護(hù)來(lái)說(shuō)，充電 汽車 并不優(yōu)于汽油車 。僅僅是以降低城市污染，但犧牲整體環(huán)境污染而已 。所以不看好任何鋰電充電 汽車。
假如政策傾斜鋰電充電 汽車 ，所有 汽車 都換成了充電 汽車 ， 那么是否又配套處理廢舊電池的業(yè)務(wù)出籠？如果沒(méi)有，簡(jiǎn)直就沒(méi)有必要繼續(xù)發(fā)展下去最終導(dǎo)致全人類災(zāi)難性結(jié)果了 。
第一，氫氣遠(yuǎn)沒(méi)有汽油燃燒值高，氫氣燃燒值為1.43E8J/Kg，汽油的燃燒值4.4E8J/Kg 。
第二，氫氣不容易儲(chǔ)存，需要壓力容器，且壓力容器本身重量和被儲(chǔ)存的氫氣本身重量相當(dāng)，而可以裝50公斤汽油的油箱也就10幾公斤 。
第三，氫氣比汽油貴 。
氫氣的燃燒值是三萬(wàn)三千千卡每千克，個(gè)人認(rèn)為氫燃料作為普通能源不適用 。一：不安全，現(xiàn)最好的儲(chǔ)氫辦法是液氫儲(chǔ)存技術(shù)，大約負(fù)的二百多度才能變成液氫，必須是雙層真空外加鍍膜技術(shù)還得加上很高端的冷卻技術(shù)才能保證一直在液態(tài)且制冷太耗能源，一旦失去冷卻作用那液氫吸熱氣化將熱脹脹壞容器發(fā)生泄漏從而從空氣中大量吸收熱量而發(fā)生物理爆炸，若再遇火星則相當(dāng)于30多倍梯恩梯炸藥的爆炸當(dāng)量，即使不遇火星的爆炸也會(huì)讓接近它的人瞬間凍成冰棍 。也許有人會(huì)說(shuō)那就用納米碳管等技術(shù)來(lái)儲(chǔ)存，即使是現(xiàn)在最先進(jìn)的技術(shù)其儲(chǔ)存量也最多不超過(guò)自身重量的百分之四 。二如果算上儲(chǔ)存技術(shù)的重量其能量功率密度至多是二千四百千千卡每千克，遠(yuǎn)低于汽柴油的一萬(wàn)多千千卡每千克的重量功率密度，雖然汽柴油機(jī)的效率只有百分之四十左右，遠(yuǎn)低于質(zhì)子膜燃料電池的百分之八九十，但即使是這樣，汽柴油機(jī)的相同重量的燃料輸出有用功還是要比氫燃料高一倍以上，當(dāng)然質(zhì)子膜燃料電池所發(fā)的直流電會(huì)使 汽車 有無(wú)級(jí)變速的功能，推進(jìn)效率更高，但人們同樣可以用汽柴油搞中高溫的氧化釔加強(qiáng)二氧化鋯燃料電池，同樣具有無(wú)級(jí)變速功能 。所以個(gè)人認(rèn)為氫燃料并不適用大規(guī)模替代傳統(tǒng)能源，效費(fèi)比和效率都低，別被騙了 。
裂解技術(shù)隨車甲醇制備氫氣，然后燃燒氫氣作為動(dòng)力 。是否可行？
能量轉(zhuǎn)化是有損耗的，從發(fā)電廠到燃燒氫的 汽車 要經(jīng)過(guò)多少次能量的轉(zhuǎn)化？如果是火電廠的話：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能最后內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 。這其中要浪費(fèi)多少能量？?jī)?nèi)燃機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率很低，只有40%左右 ， 大部分能量都以熱量的形式通過(guò)尾氣排放掉了，相比之下電動(dòng)機(jī)有高達(dá)90%以上的能量轉(zhuǎn)化效率 。而且開(kāi)過(guò)電動(dòng)車的朋友都發(fā)現(xiàn)電動(dòng)車起步勁更大，推背感更強(qiáng)，因?yàn)椴煌D(zhuǎn)速下電動(dòng)機(jī)的扭矩基本沒(méi)有變化 ， 而內(nèi)燃機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下輸出扭矩有很大區(qū)別 ， 低速和高速下扭矩都偏小 。所以只要電池技術(shù)能得到突破內(nèi)燃機(jī)必將成為 歷史 ， 何必再去糾結(jié)給內(nèi)燃機(jī)換什么燃料呢？
氫氣不含有碳，燃燒后不產(chǎn)生CO2 。氫氣可以通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源獲得，被認(rèn)為是理想的能源或能源載體 。氫氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料時(shí)，極易實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒 ， 排放污染物少，熱效率高 。
按技術(shù)研究可以，普及不現(xiàn)實(shí)，氫氣的危險(xiǎn)性太大了
氫氣內(nèi)燃機(jī)其實(shí)也不是不行，只是方法問(wèn)題 。氫氣內(nèi)燃機(jī)主要是NOx污染問(wèn)題，這個(gè)在柴油車上已經(jīng)有近乎完美的解決方案，就是用尿素水溶液吸收 。至于水蒸氣腐蝕，沒(méi)有的事啦，因?yàn)楣ぷ魅細(xì)鉁囟雀撸荒茏兂伤魵猓瑝焊鶡o(wú)法腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī) 。至于轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題倒是比較麻煩，但氫氣內(nèi)燃機(jī)造價(jià)低廉，只要在技術(shù)上有所突破，自然就不用擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題了 。比如說(shuō)目前的內(nèi)燃機(jī)發(fā)展其實(shí)已經(jīng)到了頂端 ， 打破天花板的唯一出路就是外燃機(jī)，就是燃燒過(guò)程放在氣缸外進(jìn)行 ， 燃燒過(guò)程得以最大限度的提升效率和延長(zhǎng)時(shí)間 。氣缸內(nèi)只有輸出功率和排氣兩沖程 ， 發(fā)動(dòng)機(jī)體積更小，輸出功率和轉(zhuǎn)換效率更高 。比起昂貴的燃料電池，這種外燃機(jī)在成本上有更大的優(yōu)勢(shì) 。而且氫氣密度低，不好儲(chǔ)存 。而外燃機(jī)除了燒氫氣 ， 還可以少甲烷，排放很少，但燃料成本更低，而且技術(shù)要求低，現(xiàn)在就已經(jīng)可以完全上路，不需要等待儲(chǔ)氫 科技 的進(jìn)步 。
【氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)真的不可行嗎？】驅(qū)動(dòng)形式前置后驅(qū)車身長(zhǎng)度4.52米，車身寬度1.72米，車身高度1.785米 。前輪距1425mm，后輪距1445mm，整車重量1.325噸 。最高車速150km/h備注5車門，后排車門平開(kāi)門；排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)四國(guó)五，液壓助力，承載式；安全帶未系提示，車內(nèi)中控鎖發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)北汽BJ415A排量1.5L，汽缸數(shù)4最大馬力102，馬力最大輸出功率75kW排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)五 。額定轉(zhuǎn)速6000rpm 。燃料種類汽油 ， 最大扭矩135Nm 。檔位數(shù)5檔，換檔形式手動(dòng) 。以上參數(shù)信息根據(jù)北汽幻速H2E官網(wǎng)查詢得知 。

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