氨內燃機的機遇與挑戰

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

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

氨內燃機并不簡單

對于安全儲運來說，氨不容易燃燒是一個優點。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，不太容易實現穩定燃燒。如何讓氨穩定地燒起來，對于內燃機企業是一個技術挑戰。

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燃機上并不容易。內燃機企業為了讓氨在發動機里實現穩定燃燒，采取了很多辦法，包括對內燃機進行重新研發設計、將氨與易燃燃料混合使用等。

以廣汽新推出的乘用車氨發動機為例，據業內人士介紹，該發動機主要以液態氨作為燃料，通過預燃室射流點火、雙噴射系統、超高壓縮比等技術實現氨混合氣在氣缸內穩定燃燒，功率達到120kW。為了能夠讓氨提供持久的動力輸出，這款氨發動機在噴油嘴、點火系統和預燃燒室等部位都進行了改進設計，其中一些技術方案在高端豪華車上才能看到。

而東風的氨柴車用重型發動機，為了點燃氨氣，提升氨的燃速，使其能夠爆發出更強的動力，該發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，發動機的工況隨時可能發生改變，因此這款發動機在柴油、氨氣的配比與燃燒控制等方面都進行了技術研發。

從以上情況不難發現，雖然氨發動機在技術層面與傳統燃油發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。企業之所以紛紛將氨發動機作為一個重要的研發方向，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、順應發展趨勢是其持續保持生命力的重要路徑。

氨內燃機迎來重大機遇

當前，能源行業正從柴油等傳統化石能源逐漸向風能、太陽能、氫能等新能源轉型，在“氨=氫2.0”時代，氨能產業將是氫能產業發展的重要分支。“氨氫融合”無碳燃料將有力推動我國內燃機行業實現“雙碳”目標，加速產業轉型升級。

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

若以高效氨燃料發動機替代現有在上述場景應用的大功率內燃機，經過初步估算，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，目前國內在建及規劃的綠氨項目已超過20個，投資額約1500億，年產能合計超過480萬噸。隨著未來5到7年內項目逐步大面積投產，上游源源不斷的綠氨資源將進一步推動氨內燃機的發展。

氨內燃機仍有技術難點亟待突破

從產業技術進步的角度看，在氨內燃機路線探索過程中，效率和經濟性仍是最大挑戰。

當前氨內燃機研發面臨著對內燃機條件下的氨燃料著火和燃燒穩定性機理的理解尚不充分；現有熱力循環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燃機結構等。目前氨內燃機的機器效率還達不到傳統內燃機的效率。

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

一位業內人士表示，從實際應用和落地的角度來看，氫氨融合技術想要大規模推廣應用，還有很長的路要走。盡管氨內燃機尚處于研發摸索階段，但從企業對新燃料技術的迫切追求可以看出，清潔能源的利用和多元化發展將是大勢所趨。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。