氨内燃机的机遇与挑战

近日，多家企业推出了使用氨作为原料的内燃机。其中，一汽解放新研发的一款氨氢融合直喷零碳内燃机在6月成功点火；广汽发布了全球首款乘用车氨发动机；东风与清华大学共同研发的国内首台氨柴车用重型发动机在3月成功点火。另外，去年6月，玉柴还发布了氢氨混燃内燃机。

在“双碳”目标的背景下，为什么内燃机和整车企业纷纷开发氨内燃机和适配车型？氨内燃机的发展前景如何，又会面临哪些机遇和挑战？

氨内燃机并不简单

对于安全储运而言，氨的一大优点是不易燃烧。然而，对于内燃机企业而言，是一个技术上的挑战。因为若是将氨直接当做燃料使用，其热值比天然气和氢气低，点火会相对困难。此外，氨的燃烧速度远低于氢气，因此实现稳定燃烧并不容易。

由于氨在燃烧、喷雾、排放方面与天然气、柴油等存在明显差异，并且动力性较低，因此直接将氨用作燃料应用在内燃机上并不容易。内燃机企业为了实现氨在发动机内的稳定燃烧，采取了多种措施，包括重新研发和设计内燃机，以及将氨与易燃燃料混合使用等方法。

以广汽最新推出的一款乘用车氨发动机为例，该发动机主要采用液态氨作为燃料，并通过预燃室射流点火、双喷射系统、超高压缩比等技术，实现了氨混合气在气缸内稳定燃烧，达到了120kW的功率。为了让氨提供持久的动力输出，该氨发动机在喷油嘴、点火系统和预燃烧室等部位进行了改进设计，其中一些技术方案只有在高端豪华车上才会使用到。

另外，东风的氨柴车用重型发动机，为了点燃氨气，提升氨的燃速，使其能够爆发出更强的动力，这款发动机采用了双燃料工作模式，使用柴油来引燃和助燃，以保持发动机的正常工作。由于车辆在不同路况、不同装载和不同驾驶员的操作习惯等因素影响，发动机的工作状态可能随时发生变化。因此，这款发动机在柴油和氨气的配比以及燃烧控制等方面进行了技术研发。

尽管氨发动机在技术上与传统燃油发动机非常相似，但将氨直接用作燃料并不容易。在“双碳”目标的指引下，寻找绿色动力解决方案已经成为一项紧迫的任务。对于企业来说，投入精力进行研发，并顺应发展趋势是保持活力的重要途径。

氨内燃机迎来重大机遇

目前，能源行业正在逐渐向风能、太阳能、氢能等新能源转型，摆脱传统的柴油等化石能源。在“氨=氢2.0”时代，氨能产业成为了氢能产业发展的一个重要分支。通过“氨氢融合”的无碳燃料，内燃机行业将能够有效推动实现“双碳”目标，加速产业的转型升级。

过去，大功率内燃机主要是以柴油机为主的一种重要的动力设备。它在许多领域都得到广泛应用，为推动经济和社会发展做出了巨大贡献，但也是能源消耗的“大户”，并且是二氧化碳排放的主要来源之一。

如果用高效氨燃料发动机来取代目前在上述场景应用的大功率内燃机，根据初步估算，每年平均可以减少约343.6亿吨二氧化碳的排放量，按平均碳交易价格换算，可达到1.27万亿元。

自2022年以来，我国开始出现更多的氢氨一体化项目，目前国内正在建设和规划的绿氨项目已经超过20个，总投资额约为1500亿，年产能合计超过480万吨。未来逐步大规模投产，不断增加的绿氨资源将进一步促进氨内燃机的发展。

氨内燃机仍有技术难点亟待突破

氨内燃机路线的效率和经济性仍然是最大的挑战，这是产业技术进步的关键。

目前，我们对于在内燃机条件下的氨燃料着火和燃烧稳定性机理的理解还不够深入。现有的热力循环无法完全满足氨燃料高能着火和高效燃烧的需求。同时，目前还缺乏适用于氨燃料压燃应用的内燃机结构。因此，目前氨内燃机的机器效率还无法达到传统内燃机的效率水平。

虽然氢氨融合技术备受关注，但我国在这个领域的起步较晚，面临着许多挑战。首先，在氨发动机技术和氨燃料加注设施方面，储备不足。其次，缺乏完善的政策指导，使得推广氨内燃机应用面临许多困难。要真正实现推广，还需要克服许多问题。

氢氨融合技术要想达到大规模应用尚需经历艰巨的道路。尽管氨内燃机目前仍处于研发探索阶段，但从企业对新型燃料技术的迫切追求来看，清洁能源的利用和多元化发展已成为大势所趋。从国家能源安全的角度来看，过于依赖单一燃料会带来巨大风险。因此，未来将会出现氢能源、甲醇、氨等多种能源应用并存的局面。