氢内燃机成燃料电池低成本替代方案，川崎重工、丰田布局多元氢能装备

IT之家 7 月 5 日消息，据日经亚洲报道，氢燃料内燃机作为成本更低的燃料电池替代方案，正获得越来越多行业关注；各类移动载具的技术研发持续推进，也有望推动这款环保燃料实现大规模普及。川崎重工正在研发一款名为  O'Cuvoid 的小型发电装置：设备内置氢燃料发动机，驱动发电机完成发电。公司专务董事 Yoshimoto Matsuda 表示：“我们希望将这款产品打造为可像电池一样灵活使用的发电单元。”该设备占地面积约 1 平方米，单台输出功率仍在优化规划中，企业目标单台功率达到 35 千瓦。川崎重工计划将这款发电机用于交通出行与户外作业场景。乘用车、列车车厢等大型载具可通过多机组并联搭载该设备供电。设备内部的氢发动机，依托集团成熟的摩托车技术开发；为实现氢气高效压缩与充分燃烧，研发团队为其搭载了运动摩托车同款机械增压器。Yoshimoto Matsuda 称：“我们的目标是，十年内把这款小型发电设备业务打造成千亿日元规模（1000 亿日元约合 42.11 亿元人民币）。”氢气相比汽油更轻、燃点更低，燃烧控制需要精细调校，但依托现有成熟工艺开发设备，是该路线一大核心优势。川崎重工还计划将 O'Cuvoid 的氢发动机搭载于 Corleo 四足仿生机器人。这款外形酷似骏马的载人机器人计划 2035 年落地，可搭载人员穿行田野与山地。业界对低环境负荷的氢能寄予厚望。日本政府设定目标：2050 年氢气供应量提升至 2000 万吨，约为当前产量的十倍。依托氢内燃机设备创造全新氢能需求，能够依靠规模化量产摊薄氢气整体使用成本。燃料电池依靠氢气与氧气发生化学反应发电，是此前氢能利用的主流技术路线，工作原理和传统内燃机完全不同。丰田汽车 2014 年推出的 Mirai 轿车，是全球首款量产、面向市场销售的燃料电池乘用车。如今，氢内燃机路线重新获得行业重视。美国市场研究机构 Future Market Insights 预测：2036 年全球氢内燃机市场规模将突破 200 亿美元，规模将超过同年全球燃料电池市场。内燃机核心原材料以铁、铝为主，相比需要铂等贵金属作为催化剂的燃料电池，制造成本更低。Yoshimoto Matsuda 介绍：“整套系统成本不足燃料电池的十分之一，维修保养也能沿用现有摩托车、汽车成熟维修工艺。”燃料电池对氢气纯度要求达到 99% 以上，而氢内燃机可采用氢气混合天然气驱动，对氢气纯度要求更低；高纯度氢气的采购成本显著更高。同时，内燃机输出响应速度优于依赖化学反应发电的燃料电池，能更快实现大功率输出。但燃料电池在能量转化效率上更占优势，其转化效率约 60%，远高于内燃机约 40% 的水平。另外，内燃机燃烧过程中会产生氮氧化物，燃料电池则具备更低的污染物排放、环境影响更小。两种技术路线各有优劣。Yoshimoto Matsuda 表示，多数业内人士认为不应偏重单一技术，“二者应作为氢能产业的双轮同步发展”。氢内燃机正逐步应用于大功率、大型装备领域。今年 6 月，丰田搭载氢内燃机的 GR 卡罗拉赛车亮相日本超级耐久系列赛，实测证明氢动力赛车性能几乎可以对标传统燃油赛车。丰田自 2023 年启动液氢技术试验，今年更是在储氢罐内部搭载超导电机。以车手身份参赛的丰田会长丰田章男表示：“氢能赛车终于能驰骋赛道，我们奔赴未来的探索之路仍在继续。”三菱扶桑卡客车公司正在为重卡开发氢内燃机，设备 80% 零部件沿用现有柴油卡车配件，以此控制研发与制造成本。印度将氢能发展定为国家战略，塔塔汽车也同步布局氢动力重型卡车研发。氢能普及最大阻碍是完整产业生态的搭建。日本加氢站数量从 2022 财年的 179 座降至目前约 150 座；特朗普再度就任美国总统后，全球能源市场出现回暖液化天然气等化石能源的趋势。另一方面，电动车电池性能持续迭代升级，作为直接竞争技术，也给氢能推广带来不小阻力。当前工业制氢大多依托化石能源，市场氢气价格约每标准立方米 100 日元（IT之家注：现汇率约合 4.2 元人民币），远高于日本政府 2050 年降至 20 日元 / 立方米的目标。依靠可再生能源电解水制取的“绿氢”环境负荷最低，但生产成本也最为高昂。