氢气内燃机车PK氢燃料电池车，孰优孰劣？

一说起氢燃料，大家更多地想到的是氢燃料电池，用在车辆上发电给车辆提供动力，也就是所谓的氢燃料电池车。殊不知氢燃料给车提供动力还有另外一种方式（技术路线），也就是氢气内燃机，最近丰田章男就准备驾驶着丰田氢气内燃机赛车参加比赛。今天我们就简单地说明一下氢燃料电池和氢燃料内燃机两者的异同点以及优劣。

氢气内燃机：这种发动机跟普通燃油发动机一样，有吸气，压缩，做功以及排气四个冲程。既然是内燃机就需要燃料和助燃剂，燃料当然就是氢气了，助燃剂就是氧气了（由于提供纯氧成本太高，故直接用空气替代）。所以和其他燃料内燃机一样需要燃料储存装置（储氢罐），也需要空气进气系统。两者混合后点火燃烧，燃烧后产生的能量进行压缩做功然后驱动车辆运行。

氢气内燃机实物示意图

氢气内燃机结构示意图

特点：

1）和其他燃料内燃机工作原理一致，基本效率在30~40%，受到热力学第二定律——卡诺循环的限制（，理论值也可达到60%，但有据可查的内燃机最高效率41%）。

2）由于是燃烧反应，理论上不需要高纯的氢气，理论上也不存在碳排放。但实际燃烧过程中空气中有氮气等其他物质，燃烧过程会生成NOX。（氮氧化物也会对环境造成不利影响）

3）需要氢气储罐来保证足够的续航里程。

应用：

1）氢气内燃机虽然不是主流，但确实是量产过的，最让人熟知的就是当年宝马的Hydrogen 7项目（据考证量产了100台）。

宝马的氢气内燃机Hydrogen 7

2）还有最近比较热的日本丰田总经理丰田章男驾驶的氢气内燃机赛车。

丰田氢气内燃机赛车

3）马自达在这一领域特别活跃，并声称其WankelRotary特别适合氢气，因为发动机设计已经倾向于比传统活塞式发动机运行更容易冷却，因此可以减少对氮氧化物排放的担忧。它首先推出了一个RX-8的双燃料版本，可以在需要时在氢和汽油之间转换，然后在PrematyH2-RE中作为一个串联混合动力系统的一部分。

4）我们国内民族骄傲品牌红旗乘用车也保留了该技术路线研发，最近公布的信息显示也有应用在红旗H5上做测试应用。

红旗H5氢气内燃机样车

氢燃料电池发动机：本质是利用氢气和氧气的电化学反应释放物质内能产生电能和热能，反应过程生成水。氢燃料电池本质上就是一个发电装置，当然燃料是氢气，另一种反应物就是氧气（氧气直接使用大自然中的空气就好）。由于是电化学反应，故空气中氧气之外的气体不参与电化学反应。特别说明空气中的一氧化碳、二氧化硫、以及其他氮氧化合物会对氢燃料电池的催化层造成不可逆转的损害，故对空滤系统的要求会比较高。另由于氢燃料电池内部的催化层比较娇贵，所以对氢气的纯度要求也比较高，氢气纯度一般都要在99.99%以上。

氢燃料电化学原理示意图

氢燃料电池发动机模块

特点：

1）电化学不受卡诺循环的限制，故实际应用效率在40%~62%之间（其余部分转换成热能和其他，理论上也可被利用）。（可以看到明显高于氢气内燃机效率）

2）由于能量释放的过程是电化学反应过程，不存在机械噪音以及结构件机械磨损。

3）整个过程是完全脱碳的，也不会有氮氧化合物产生。完全环保，符合碳达峰、碳中和等环保需求。

4）由于电化学反应使用到贵金属铂，所以成本较高。

5）具有较高的功率密度，用在车辆上可达到较高的续航里程。

应用：

目前已经在交通领域车、船、飞机、有轨车辆，热电联供、分布式电站、离网式电站等场所进行批量应用和示范应用。

丰田Mirai氢燃料电池车

氢燃料重卡

热电联供示范应用项目

结语：两者的相同点都需要氢气和氧气参与反应；都需要燃料储存装置储氢罐；都能给车辆提供动力。不同之处在于两者产生能量的方式不一样，也导致效率有明显的差异，所以消耗同样的氢气下燃料电池车会有更多的续航里程；发动机制造的方式也完全不一样；燃料电池的方式相对于氢气内燃机更环保。另外在能量释放速度上可以做到无差别的，内燃机和燃料电池都可以做到短时间大功率输出。

通过以上简单的分析，您对氢气内燃机和氢燃料电池有了基本的了解了吗？通过了解您能对未来在氢能源的使用技术路线上有个基本的判断吗？