氢能——JCB正在探索用于工程机械的氢内燃机

JCB为大型机器生产柴油发动机，但现在正寻求转变，以实现更清洁的未来。为此，该公司正在为其大型机器研发燃氢发动机。

氢可以通过燃料电池来发电，在燃料电池中，氢可以用来为马达提供动力。一些公司已经探索用这种方式来为汽车和卡车提供动力。JCB最初也在研究氢燃料电池，但发现它们不能很好地提供建筑机械所需的瞬时高功率。相反，该公司开始探索使用氢在其他相当传统的内燃机中燃烧。其他公司也在探索这一概念，丰田甚至在一个赛车运动项目中研究了这项技术。

氢是一种有用的燃料，因为它的燃烧非常清洁。就氢和氧化学反应的直接产物而言，唯一的副产物是水。当然，当氢气在空气中高温燃烧时，反应确实会产生一些氮的氧化物。不过总的来说，氢燃烧产生的排放物要比燃烧化石燃料清洁得多。这都是因为没有碳，也就是说反应不会产生二氧化碳。

为了制造氢燃料发动机，JCB从现有Dieselmax车型的下半部分开始。油底壳和缸体是相同的柴油动力模型，作为冷却系统。这款氢燃料发动机还使用了常规的可变几何涡轮。然而，在顶部，发动机是完全不同的。有一个新的气缸盖和喷射系统，设计用于喷射氢气而不是柴油。发动机也必须修改为火花点火，而不是压缩点火，因为氢气最适合前者。同样，柴油燃料箱也没有了，取而代之的是5个1公斤重的氢气储存罐，由铝和碳纤维制成。

值得注意的是，燃氢内燃机的工作原理与火花点火式汽油发动机基本相同。就像汽油发动机可以转换为使用液化石油气一样，它们也可以转换为使用氢燃料，只要改变喷射器就可以了，尽管由于感应效率低，功率更低。设计一种专门用于氢燃烧的直喷发动机可以解决这个问题，理论上可以生产出比同等尺寸的汽油发动机多20%的动力。其他适应氢动力的改进，如硬化阀和特殊的火花塞，有助于延长寿命和提高燃烧质量。

至于柴油发动机，要转换成氢动力就不那么容易了，因为气态燃料不适合压缩点火。然而，如JCB证明的那样，如果制造得当，类似大小的氢动力发动机的功率和扭矩可以与柴油发动机相当，甚至可以共享基本部件。

JCB的发动机仍在测试阶段，其目标是在2023年底前开始发动机的预生产，应用于其建筑和农用车。与此同时，尽管燃烧氢比燃烧化石燃料更清洁，但该技术在广泛采用方面仍面临一些障碍。

除了清洁氢气生产和氢储运配套不完善等问题外，氢内燃机的另一个主要问题是效率。氢燃料汽车的井-轮效率只有20-25%左右，与氢燃料电池汽车的25-30%相比差一些。这主要是因为与燃料电池相比，内燃机的损耗更大。然而，与电动汽车相比，由于在提炼和运输氢燃料过程中损失的所有能量，损失更大。相比之下，一辆类似的电动汽车的效率可高达80-85%。最终，燃烧氢的汽车的效率与燃烧柴油的汽车差不多，尽管其好处是排放的废气要清洁得多。

总的来说，如果世界要达到净零碳排放的目标，几乎所有燃烧化石燃料的机器都需要转变为更清洁的操作方式。对于长时间从事繁重工作的机器来说，电力驱动可能还不是一种选择。在这种情况下，氢燃烧可能是一种可行的技术，可以同时清除这些污染物。