來源：中氫互聯(lián)

近日，多家企業(yè)推出了使用氨作為原料的內(nèi)燃機(jī)。其中，一汽解放新研發(fā)的一款氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機(jī)在6月成功點(diǎn)火；廣汽發(fā)布了全球首款乘用車氨發(fā)動(dòng)機(jī)；東風(fēng)與清華大學(xué)共同研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)氨柴車用重型發(fā)動(dòng)機(jī)在3月成功點(diǎn)火。另外，去年6月，玉柴還發(fā)布了氫氨混燃內(nèi)燃機(jī)。

在“雙碳”目標(biāo)的背景下，為什么內(nèi)燃機(jī)和整車企業(yè)紛紛開發(fā)氨內(nèi)燃機(jī)和適配車型？氨內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展前景如何，又會(huì)面臨哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

氨內(nèi)燃機(jī)并不簡(jiǎn)單

對(duì)于安全儲(chǔ)運(yùn)而言，氨的一大優(yōu)點(diǎn)是不易燃燒。然而，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)企業(yè)而言，是一個(gè)技術(shù)上的挑戰(zhàn)。因?yàn)槿羰菍敝苯赢?dāng)做燃料使用，其熱值比天然氣和氫氣低，點(diǎn)火會(huì)相對(duì)困難。此外，氨的燃燒速度遠(yuǎn)低于氫氣，因此實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒并不容易。

由于氨在燃燒、噴霧、排放方面與天然氣、柴油等存在明顯差異，并且動(dòng)力性較低，因此直接將氨用作燃料應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)上并不容易。內(nèi)燃機(jī)企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)氨在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，采取了多種措施，包括重新研發(fā)和設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)，以及將氨與易燃燃料混合使用等方法。

以廣汽最新推出的一款乘用車氨發(fā)動(dòng)機(jī)為例，該發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用液態(tài)氨作為燃料，并通過預(yù)燃室射流點(diǎn)火、雙噴射系統(tǒng)、超高壓縮比等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氨混合氣在氣缸內(nèi)穩(wěn)定燃燒，達(dá)到了120kW的功率。為了讓氨提供持久的動(dòng)力輸出，該氨發(fā)動(dòng)機(jī)在噴油嘴、點(diǎn)火系統(tǒng)和預(yù)燃燒室等部位進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其中一些技術(shù)方案只有在高端豪華車上才會(huì)使用到。

另外，東風(fēng)的氨柴車用重型發(fā)動(dòng)機(jī)，為了點(diǎn)燃氨氣，提升氨的燃速，使其能夠爆發(fā)出更強(qiáng)的動(dòng)力，這款發(fā)動(dòng)機(jī)采用了雙燃料工作模式，使用柴油來引燃和助燃，以保持發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。由于車輛在不同路況、不同裝載和不同駕駛員的操作習(xí)慣等因素影響，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)可能隨時(shí)發(fā)生變化。因此，這款發(fā)動(dòng)機(jī)在柴油和氨氣的配比以及燃燒控制等方面進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)。

盡管氨發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上與傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)非常相似，但將氨直接用作燃料并不容易。在“雙碳”目標(biāo)的指引下，尋找綠色動(dòng)力解決方案已經(jīng)成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。對(duì)于企業(yè)來說，投入精力進(jìn)行研發(fā)，并順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)是保持活力的重要途徑。

氨內(nèi)燃機(jī)迎來重大機(jī)遇

目前，能源行業(yè)正在逐漸向風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能等新能源轉(zhuǎn)型，擺脫傳統(tǒng)的柴油等化石能源。在“氨=氫2.0”時(shí)代，氨能產(chǎn)業(yè)成為了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要分支。通過“氨氫融合”的無碳燃料，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)將能夠有效推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，加速產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

過去，大功率內(nèi)燃機(jī)主要是以柴油機(jī)為主的一種重要的動(dòng)力設(shè)備。它在許多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，但也是能源消耗的“大戶”，并且是二氧化碳排放的主要來源之一。

如果用高效氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)來取代目前在上述場(chǎng)景應(yīng)用的大功率內(nèi)燃機(jī)，根據(jù)初步估算，每年平均可以減少約343.6億噸二氧化碳的排放量，按平均碳交易價(jià)格換算，可達(dá)到1.27萬億元。

自2022年以來，我國(guó)開始出現(xiàn)更多的氫氨一體化項(xiàng)目，目前國(guó)內(nèi)正在建設(shè)和規(guī)劃的綠氨項(xiàng)目已經(jīng)超過20個(gè)，總投資額約為1500億，年產(chǎn)能合計(jì)超過480萬噸。未來逐步大規(guī)模投產(chǎn)，不斷增加的綠氨資源將進(jìn)一步促進(jìn)氨內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展。

氨內(nèi)燃機(jī)仍有技術(shù)難點(diǎn)亟待突破

氨內(nèi)燃機(jī)路線的效率和經(jīng)濟(jì)性仍然是最大的挑戰(zhàn)，這是產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。

目前，我們對(duì)于在內(nèi)燃機(jī)條件下的氨燃料著火和燃燒穩(wěn)定性機(jī)理的理解還不夠深入。現(xiàn)有的熱力循環(huán)無法完全滿足氨燃料高能著火和高效燃燒的需求。同時(shí)，目前還缺乏適用于氨燃料壓燃應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)。因此，目前氨內(nèi)燃機(jī)的機(jī)器效率還無法達(dá)到傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的效率水平。

雖然氫氨融合技術(shù)備受關(guān)注，但我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的起步較晚，面臨著許多挑戰(zhàn)。首先，在氨發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和氨燃料加注設(shè)施方面，儲(chǔ)備不足。其次，缺乏完善的政策指導(dǎo)，使得推廣氨內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用面臨許多困難。要真正實(shí)現(xiàn)推廣，還需要克服許多問題。

氫氨融合技術(shù)要想達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用尚需經(jīng)歷艱巨的道路。盡管氨內(nèi)燃機(jī)目前仍處于研發(fā)探索階段，但從企業(yè)對(duì)新型燃料技術(shù)的迫切追求來看，清潔能源的利用和多元化發(fā)展已成為大勢(shì)所趨。從國(guó)家能源安全的角度來看，過于依賴單一燃料會(huì)帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。因此，未來將會(huì)出現(xiàn)氫能源、甲醇、氨等多種能源應(yīng)用并存的局面。