氢燃料内燃机VS氢燃料电池 机遇和挑战并存

燃烧与排放

氢气在燃烧过程中由氢气与空气参与燃烧而产生能量，燃烧产物以水为主，但由于空气中还含有氮气，因此在燃烧过程中还是会产生氮氧化合物，对环境仍旧有一定的影响，但没有碳元素，也就没有碳排放。而组成燃油的基本元素是碳和氢，还有少量氧、硫、氮等元素，因此在氮氧化合物和碳排放是不可避免的。

扩散性

氢气具有极高的扩散速度，氢气在进入燃烧室后，能够以很快的速度填充整个燃烧空间，这就意味着，以氢气作为燃料能够更好地实现均质燃烧，从而提高发动机地效率。而燃料油则不具备这方面的优势。

燃烧价值

汽油的能量密度为12500Wh/kg，但在实际中能用到的只有4000Wh/kg，而氢的能量密度约为33000Wh/kg，70MPa的储氢罐体积密度只有1/6.5。氢燃料的燃烧价值是非常高的，相当于是焦炭的4.5倍，酒精的3.9倍，汽油的3倍。

燃料密度

氢气的密度比较低，也就在燃烧室中具有较低的空燃体积比。而由于汽油是液体，所占的体积较小，所以具有很高的空燃体积比。在既定的空间内，空气越少，越是不利于燃料的燃烧的。同时也由于氢气由于密度小，装载氢气的燃料罐必须要很大，这里不但占据了很多空间，还会影响车辆的外观。

JCB的研究成果表明，新发动机完全基于JCB现有的Dieselmax448四缸发动机硬件，但在关键设计上进行了大量升级。从而，不仅不产生任何二氧化碳，而且比现有电池电动和氢燃料电池解决方案更具优势，后两者技术方案投入巨大。

JCB氢发动机目标首要是非道路应用。在挖掘机一系列成功的初步试验（挖掘机对发动机的需求远大于汽车和卡车）后，JCB工程师团队认为，他们已经掌握了这种技术，可以成功地应用于更广泛的车辆类型上。

JCB集团主席 安东尼•班福德勋爵（LordAnthony Bamford）说，2020年7月JCB集团就决定，在德比郡研发中心成立了一个专业的氢发动机研究团队。此前，人们对活塞发动机前景悲观，认为活塞发动机长期以来形成的专业知识、技术基础、成熟的供应链体系即将解体。

他解释说：“我们不再为柴油发动机的前途而争论，那已经成为历史。而0碳排放一定是技术追求的目标，但我们不认为现有电池和燃料电池的技术路线是唯一解决方案。”

班福德勋爵和JCB工程师们相信，他们比业内大多数人更了解真实的世界。因为，JCB近年来推出了一系列非常成功的纯电池电动挖掘机。而且，JCB在20吨氢燃料电池驱动的挖掘机原型机方面，拥有丰富的现场经验。JCB首席创新官Tim Burnhope解释说，“氢发动机的最大优势在于，可以快速、经济地投入生产，现有的成熟技术、知识和体系将继续发挥作用。”

JCB的原型氢发动机设计了一个全新的进气系统——降低的压缩比、全新活塞、高压共轨供油和进气道喷射，设计完全符合现有机器的性能和驱动特性的需求。

至于有毒排放物，即使是JCB实验性氢发动机的“原始”排气中的NOx含量也比柴油发动机的排放低，哪怕与采用最新后处理技术的柴油发动机相比，污染物排放量也减少了98%。

还可以采取进一步的措施，将污染物排放降低到Burnhope所说的“0影响水平”，即污染物含量太低而无法衡量的水平。现场观察发现：JCB氢发动机原型机的唯一显著的排放是——启动时喷出的蒸汽。

JCB计划将进一步开发氢发动机，并且已经调集资源，准备批量生产。

而同样以氢燃料作为动力的氢燃料电池，在和氢燃料内燃机相对比时又有何异同点呢？

工作原理

氢燃料电池的本质是一个发电装置，利用氢气和氧气产生电化学反应从而释放出电能和热能，在反应过程中生成水，在这个过程是完全脱碳的，同时也不会产生其他氮氧化合物。因此，与氢燃料内燃机相比，它更环保，更符合碳达峰、碳中和的需求。

氢燃料电池工作原理

续航

由于氢燃料内燃机就和氢燃料电池在产生能量的方式上有所差异，前者通过燃烧的方式，后者通过电化学反应的方式，使得两者的忧虑也有所差异，在消耗等量氢气的基础上，氢燃料电池会有更多的续航里程。

成本

氢气燃料电池在电化学反应过程中，所使用的催化层比较娇贵，因此对其中的过滤系统的要求也比较高，需要的氢气纯度一般腰子99.99%以上，也就使其成本更高。

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