一文读懂 玉柴燃氢机与燃料电池之区别

【卡车之家 原创】近日，有消息称，玉柴在北京理工大学正式发布中国首台商用车燃氢发动机。据了解，玉柴发布的的YCK05燃氢发动机采用了高压多点进气道喷射技术、高效低惯量涡轮增压技术、高效稀薄燃烧技术等多项先进的专项技术。

看到这则消息，有很多卡友提出了疑问：燃氢发动机是不是还是内燃机？就是把柴油或者天然气换成了氢气？燃氢发动机和氢燃料电池两个是一样的吗？他们之间究竟有什么样的区别？

今天，小编就将燃氢发动机和氢燃料电池做一个简要的对比分析，让各位卡友能够大致了解两者之间的不同以及各自的优劣势。

众所周知，氢能是我国能源体系的新成员，和电能、热能、汽柴油一起组成二次能源。随着氢能源技术的发展，氢能源货车也已经逐步进入了卡友们的视线之中。随着市场需求的递增，氢气供能体系也逐渐进入了飞速发展的“快车道”。

现阶段来说，将氢气作为供能方式主要还是以两条路线来实现，一条路线就是氢燃料电池，这也是目前各大车企的主要路线。另一条路线就是本次玉柴发布的燃氢发动机的路线形式了。

首先，我们先看看这两条技术路线的定义分别是什么：

●  氢燃料电池：就是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。

其基本原理就是通过电解水的逆反应，把氢气和氧气分别传达到电池组的阳极和阴极之上（小知识：阴阳极是发生氧化反应的电极，正负极是电池内部的电荷运动的电机，两者有一定的区别），氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

●  燃氢发动机：燃氢发动机的本质上还是内燃机。

燃氢发动机就是将传统的燃料（汽柴油、天然气、甲醇等）更换成了氢气，氢气在气缸内燃烧推动缸内活塞做功从而产生动力。

通过定义我们就能看出两者的差别，氢燃料电池电动汽车是氢气与氧化剂发生电化学反应产生电流，从而推动车辆；而氢燃料发动机是氢气在气缸内燃烧推动活塞做功，就是说把氢气当汽柴油一样使用。

●  一句话总结：氢燃料电池的本质还是一种电池，是一个化学反应，输出的是化学能；燃氢发动机的本质还是一种内燃机，是一个是物理做功方式，输出的是机械能。

其实，不管是燃氢发动机还是氢燃料电池，很早的时候就在汽车领域进行研究和发展了，据了解，在100多年前，英国科学家就提出用氢为燃料的理论，而在上世纪90年代时，氢燃料电池车就以一种潜力巨大的新能源车的身份进入公众视野。

而在燃氢发动机领域，也不是什么新鲜的产物，宝马曾经就推出了一款直接燃烧氢气的7系轿车：BMW Hydrogen 7 - Wikipedia；日本马自达引以为傲的转子发动机也有转子氢气引擎的版本。

按道理来说，经过多年的发展，不论是氢燃料电池还是燃氢发动机，现如今的技术储备应该已经非常完善，为什么现在的氢燃料电池和燃氢发动机依旧处于发展期而非快速布局期呢？

除了基础设施（例如加氢站，氢气储存安全问题）等一些共性问题需要完善之外，氢燃料电池和燃氢发动机还有一些急需攻克的难点，我们分别来看：

●  氢燃料电池：氢燃料电池汽车整个产业供应链包含了制氢、储氢、运氢到加氢站的能源供应，到车用技术这块还包括燃料电池反应堆、燃料电池动力系统、相关系统辅助等等，程度复杂，而且现如今还没有一家公司能够完全形成闭环的产业供应链，这不仅制约了氢燃料电池的发展，同时也是制约氢能源动力行业发展的主要因素之一。

其次，现如今氢燃料电池的关键技术还掌握在国外，比如一些关键材料还需要以进口的方式解决，而且像氢燃料电池中的催化剂、质子交换膜以及炭纸等材料，现如今多数仍在被国外企业所垄断。

而且，我国企业的关键组件的制造工艺也需要提升，比如膜电极、双极板、空压机、氢循环泵等关键组件与国外仍存在着较大差距。

所以如果欲要实现氢燃料电池在商用车大规模运用，成本、技术以及基础设施建设都需要同步推进。现如今氢燃料电池重卡成本高昂居高不下的原因也在于此。多种方方面面的因素都制约着氢燃料电池重卡的发展和卡友的产品接受度。

●  燃氢发动机：氢气虽然是不仅是一种清洁的能源，燃烧特性也十分出色，它具有点火能量低，火焰传播速度快，单位热值高，而且燃烧产物不含碳排放物等优点。

但是，燃氢发动机的结构技术本身也有一定难度，因为氢气十分容易燃烧。只需要一点能量就能点燃，发动机的点火也不太容易把握，在配气结构的设计上带来困难。而且氢气的淬熄距离（火焰前沿与壁面间的距离）短，火焰甚至可以通过未完全关闭的进气门回窜到进气歧管中，造成易回火等现象的发生。

而且，燃氢发动机还有热效率转化较低（燃氢发动机与普通内燃机热效率差不多，30%-40%，而氢燃料电池发动机甚至可以可以达到60%-70%的热效率）、与之带来的一个问题就是储氢罐的体积，如果要达到相同的续航里程，燃氢发动机的氢气罐必须要比氢燃料电池车辆的储氢罐更大。

同时燃氢发动机在高负荷运转时依旧会产生一定量的氮氧化物（空气中含有氮气），这些急需攻克的难点都成为了制约燃氢发动机快速发展的原因所在。

但是，本次玉柴推出的我国首款商用车燃氢发动机YCK05攻克了很多关于燃氢发动机的技术难题，据了解，其采用了高压多点进气道喷射技术、高效低惯量涡轮增压技术、高效稀薄燃烧技术等多项先进的专项技术，并对整机结构、燃烧和配气等子系统进行了全面优化升级，攻克了燃氢发动机易回火、易爆震等技术难题，能广泛应用于公交、市政、环卫、物流配送等场景。

据悉，玉柴YCK05燃氢发动机热效率与氢燃料电池相当，甚至优于市面上部分燃料电池产品，如果未来技术成熟，很有可能迎来快速发展。

最后，我们再来讨论一下，氢燃料电池和燃氢发动机谁更适合商用车市场的发展这一话题。

简单来说，氢燃料电池和燃氢发动机的共性就是在于两者均需要氢气和氧气参与；都需要储氢罐。但是两者之间产生能量的方式不一样；发动机制造的方式也不一样，同等耗氢量条件下，氢燃料电池有着更高的续航里程优势，同时也有着更环保的排放。

但是，燃氢发动机成本较低，更容易实现普及也是它的一个优点所在，而且在能量释放速度上和氢燃料电池一致，可以实现短时间大功率输出的。

所以，根据分析我们似乎可以简单的得到一个结论，那就是在商用车氢能源之路上，或许燃氢发动机是十分合适的过渡产品，氢燃料电池将会是其道路的“最终归宿”。

●  编后语

其实，不管是燃氢发动机还是氢燃料电池技术，全面的推行与普及现如今还有这许多难点要攻克，但是氢能源作为我国战略能源体系的重要组成部分与未来发展方向，未来势必会产生爆发性的增长。（文/张夼源）