近期，多家企業(yè)推出了以氨為原料的內(nèi)燃機：6月，一汽解放氨氫融合直噴零碳內(nèi)燃機成功點火；廣汽發(fā)布全球首款乘用車氨發(fā)動機；3月，東風與清華大學聯(lián)合研發(fā)的國內(nèi)首臺氨柴車用重型發(fā)動機成功點火。另在去年6月，玉柴發(fā)布氫氨混燃內(nèi)燃機。

在“雙碳”目標背景下，這些內(nèi)燃機與整車企業(yè)為何相繼開發(fā)氨內(nèi)燃機及適配車型？氨內(nèi)燃機的發(fā)展前景如何，會遇到哪些機遇與挑戰(zhàn)？

氨內(nèi)燃機并不簡單

對于安全儲運來說，氨不容易燃燒是一個優(yōu)點。但是，如果將氨直接作為燃料使用，因為氨的熱值比天然氣、氫等都要低，點火比較困難。而且氨的燃燒速度遠遠低于氫，不太容易實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。如何讓氨穩(wěn)定地燒起來，對于內(nèi)燃機企業(yè)是一個技術(shù)挑戰(zhàn)。

由于氨的燃燒特性、噴霧特性、排放特性與天然氣、柴油等都有顯著差異，同時氨還有動力性低的問題，所以將氨直接作為燃料應用在內(nèi)燃機上并不容易。內(nèi)燃機企業(yè)為了讓氨在發(fā)動機里實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，采取了很多辦法，包括對內(nèi)燃機進行重新研發(fā)設(shè)計、將氨與易燃燃料混合使用等。

以廣汽新推出的乘用車氨發(fā)動機為例，據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，該發(fā)動機主要以液態(tài)氨作為燃料，通過預燃室射流點火、雙噴射系統(tǒng)、超高壓縮比等技術(shù)實現(xiàn)氨混合氣在氣缸內(nèi)穩(wěn)定燃燒，功率達到120kW。為了能夠讓氨提供持久的動力輸出，這款氨發(fā)動機在噴油嘴、點火系統(tǒng)和預燃燒室等部位都進行了改進設(shè)計，其中一些技術(shù)方案在高端豪華車上才能看到。

而東風的氨柴車用重型發(fā)動機，為了點燃氨氣，提升氨的燃速，使其能夠爆發(fā)出更強的動力，該發(fā)動機采取雙燃料工作模式，加入引燃、助燃的柴油用以維持發(fā)動機工作。由于車輛在不同路況、不同裝載，甚至不同駕駛員的操作習慣等情況下，發(fā)動機的工況隨時可能發(fā)生改變，因此這款發(fā)動機在柴油、氨氣的配比與燃燒控制等方面都進行了技術(shù)研發(fā)。

從以上情況不難發(fā)現(xiàn)，雖然氨發(fā)動機在技術(shù)層面與傳統(tǒng)燃油發(fā)動機有著非常大的相似性，但要想要將氨直接作為燃料使用，也不是一件易事。企業(yè)之所以紛紛將氨發(fā)動機作為一個重要的研發(fā)方向，也是因為在“雙碳”目標指引下，尋找綠色動力解決方案已成為當務之急。對于他們而言，潛心研發(fā)、順應發(fā)展趨勢是其持續(xù)保持生命力的重要路徑。

氨內(nèi)燃機迎來重大機遇

當前，能源行業(yè)正從柴油等傳統(tǒng)化石能源逐漸向風能、太陽能、氫能等新能源轉(zhuǎn)型，在“氨=氫2.0”時代，氨能產(chǎn)業(yè)將是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要分支。“氨氫融合”無碳燃料將有力推動我國內(nèi)燃機行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

過去以柴油機為代表的大功率內(nèi)燃機作為一類具有重要地位的動力設(shè)備，在交通運輸（如船舶運輸）、工程機械、農(nóng)用機械、陸用電站等場景有著廣泛的應用，對推動經(jīng)濟和社會發(fā)展貢獻巨大，但作為能源消耗“大戶”，也是二氧化碳排放的主要來源之一。

若以高效氨燃料發(fā)動機替代現(xiàn)有在上述場景應用的大功率內(nèi)燃機，經(jīng)過初步估算，平均每年約可減少二氧化碳排放343.6億噸，換算成平均碳交易價格可達1.27萬億元。

自2022年以來，我國的氫氨一體化項目開始明顯增多，目前國內(nèi)在建及規(guī)劃的綠氨項目已超過20個，投資額約1500億，年產(chǎn)能合計超過480萬噸。隨著未來5到7年內(nèi)項目逐步大面積投產(chǎn)，上游源源不斷的綠氨資源將進一步推動氨內(nèi)燃機的發(fā)展。

氨內(nèi)燃機仍有技術(shù)難點亟待突破

從產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的角度看，在氨內(nèi)燃機路線探索過程中，效率和經(jīng)濟性仍是最大挑戰(zhàn)。

當前氨內(nèi)燃機研發(fā)面臨著對內(nèi)燃機條件下的氨燃料著火和燃燒穩(wěn)定性機理的理解尚不充分；現(xiàn)有熱力循環(huán)難以滿足氨燃料高能著火與高效燃燒的需要；缺少適用于氨燃料壓燃應用的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)等。目前氨內(nèi)燃機的機器效率還達不到傳統(tǒng)內(nèi)燃機的效率。

盡管氫氨融合技術(shù)路線的熱度頗高，但由于我國在該領(lǐng)域起步較晚，在氨發(fā)動機技術(shù)、氨燃料加注設(shè)施等方面儲備不足，同時也缺少較為完善的政策指導，想要真正推廣氨內(nèi)燃機應用，還有諸多難題需要破解。

一位業(yè)內(nèi)人士表示，從實際應用和落地的角度來看，氫氨融合技術(shù)想要大規(guī)模推廣應用，還有很長的路要走。盡管氨內(nèi)燃機尚處于研發(fā)摸索階段，但從企業(yè)對新燃料技術(shù)的迫切追求可以看出，清潔能源的利用和多元化發(fā)展將是大勢所趨。從國家能源安全角度來看，單一燃料會存在很大風險。因此，未來氫能源、甲醇、氨等能源應用將會百花齊放。