储氢重量4.5kg！搭载一汽氢内燃机！我国自主研制首架氢内燃机通航飞机成功首飞
文章来源：中国航空新闻网、全球氢能、中国经营报、广西国资委，全文转载请完整注明出处！
2023年3月25日，由中国工程院杨凤田院士倡导的首款四座氢燃料内燃机飞机验证机在沈阳某机场完成首飞，此飞机搭载一汽集团基于“红旗”汽油机研发的国内首款2.0L零排放增压直喷氢燃料内燃机，是我国自主研制的第一架以氢内燃机为动力的通航飞机。
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据沈阳航空航天大学介绍，由于氢内燃机对氢气纯度没有特殊要求，并且可以使用内燃机行业已有的技术和生产线，因此与氢燃料电池相比更具价格优势。飞机采用上单翼、低平尾、前置螺旋桨、前三点式不可收放起落架的布局形式；飞机翼展13.5米，机长8.2米，使用高压气态储氢，储氢重量4.5kg，巡航速度180km/h，氢内燃机最大热效率大于43%，综合热效率大于40%，留空时间大于1小时。
该飞机是在辽宁省科技厅“四座氢内燃机飞机验证机研制”项目资助下，沈阳航空航天大学组织辽宁通用航空研究院自2021年开始开展项目研制工作。在辽宁通用航空研究院研制的“锐翔”系列电动飞机的基础上，辽宁通用航空研究院和一汽研发总院、哈尔滨工业大学、天津大学、联合汽车电子有限公司、北京理工大学、天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心）、北京久安通氢能科技有限公司等单位密切合作，组成以杨凤田院士领衔的技术团队开展氢燃料内燃机在航空应用方面的论证，并基于一汽集团研发的“红旗”2.0L零排放增压直喷氢燃料专用发动机进行航空适应性设计升级，开展了以该发动机为动力的四座氢燃料飞机验证机的研究工作。
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据了解，2021年，一汽集团自主设计研发的首款红旗2.0L氢能专用发动机就已下线交付，标志着红旗品牌内燃动力正式开启“零碳排放、零污染”的“双零”时代。氢能发动机是氢能源应用的 重要技术路线之一，主要优点是仅有氢气和空气参与燃烧，燃烧产物以HO为主，此前就可应用于传统动力汽车和混动汽车，是实现碳中和及零排放的重要技术。
由于氢内燃机对氢气纯度没有特殊要求，并且可以使用内燃机行业已有的技术和生产线，因此与氢燃料电池相比更具价格优势。该飞机使用氢作为动力来源，具有热值高、无污染、资源来源广泛等优点，在降低碳排放的同时保持较高的工作效率，有助于在航空业尽早实现双碳目标。
2023
氢内燃机发展：道阻且长
基于氢能的巨大使用场景以及庞大的产业链价值，氢能的开发与利用不仅成为了许多国家实现能源转型的重要路径，而且上升为国际竞争的重要部位。
氢能的广泛应用对提升我国能源安全有着重要意义。在汽车领域，氢燃料电池与氢内燃机被认为是氢能在动力系统领域突围的两条路径。氢内燃机并不是一项全新的技术，在理论研究上，从上世纪末开始，氢内燃机与燃料电池的研究基本保持同步。
从现阶段来看，氢内燃机具备高效、低碳等优势，能实现近零污染物排放。而且，相对于燃料电池汽车，氢内燃机技术还拥有比较明显的成本优势。这让业界将目光更多地聚焦在了氢内燃机的身上。此外，在交通领域，氢作为燃料电池除应用于乘用车之上外，也可作为燃料内燃机动力在飞机、轮船等非陆地交通载体上大显身手。
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此前，3月2日，美国通用氢能源公司（Universal Hydrogen）的氢燃料电池验证机成功在美国华盛顿州莫斯湖完成首飞。该飞机是一架改装的40人座庞巴迪Dash-8螺旋桨客机，完成了15分钟的试飞，飞行高度达到3500英尺。据悉，这也是目前世界上最大的氢燃料电池飞机。这架Dash-8使用了Plug Power公司的燃料电池与magniX制作的电动马达，号称是最大的同类马达，并且装载了30公斤的液态氢与多个感应器。
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此次通过四座氢内燃机飞机验证机的成功首飞，验证了氢内燃机作为航空动力的可行性，攻克了一系列关键技术，为后续氢动力飞机研制打下坚实基础。
全球氢能了解到，在前不久结束的2023年全国两会上，全国两会的全国人大代表、玉柴股份电气技术高级技师李海桦表示：“建议国家能够立足于燃氢内燃机动力装备多领域示范、氢能动力系统测试验证等应用场景，指导我国企业开展分布式、模块化的高效灵活制氢关键技术研究与示范项目，加快燃氢内燃机动力在我国的推广应用。”
另一位全国人大代表，一汽解放大连柴油机有限公司装配车间发动机装调工、高级技师、首席技能大师鹿新弟呼吁支持氢内燃机产业化推广。在鹿新弟看来，与氢燃料电池相比，氢内燃机成本低，有良好的燃料适应能力，经处理后可实现零碳零氮排放。而且，氢内燃机可燃烧低纯度的工业副产氢，这一特点使其可就地尽快实现工业副产氢来源广泛地区的示范性推广应用。
2023年2月14日，欧洲议会通过碳排放立法，明确认可氢内燃机为零碳排放。事实上，自2022年以来，虽有一汽、北汽、广汽、潍柴等国内多家商用车和零部件企业相继发布氢内燃机研发成果以及推出样机，但氢内燃机的发展还处于最初始的阶段，后续还有很多艰难的工作要做。
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鹿新弟认为，氢内燃机技术要获得进一步发展，需要在关键技术突破、政策支持、基础设施完善等方面发力。“氢内燃机在综合成本、使用便利性上具有优势，但与此同时，在性能和可靠性方面存在技术挑战。由于氢气点火能量低、燃烧速度快、燃烧温度高，使其容易发生早燃、回火和爆燃等问题。这几个方面不控制好，氢内燃机无法正常工作。此外，从效率方面来看，氢内燃机的热效率还有提升空间，氢内燃机的功率密度与柴油机、汽油机相比依然是短板，相关技术有待进一步突破。”鹿新弟说道。
资料显示，当前氢内燃机已具有成本优势，阻碍其推广的原因在于以下两方面：
一是氢内燃机未纳入新能源汽车产业发展规划，无法享受与氢燃料电池相同的政策支持；
二是未纳入环保推广政策，影响钢厂、港口、矿区等使用企业的环保评级。
氢内燃机的发展要向前一步，还需要破解基础设施亟待完善的困境。“无论是燃料电池还是氢内燃机，两种技术路线的商业化推广都受制于制氢、储氢、运氢产业链的成熟与配套基础设施建设的完善。氢能推广最核心的问题是制氢、用氢成本。只有解决这些问题，氢内燃机才有可能实现大规模推广应用，氢内燃机对氢气纯度的要求低，可以使用工业副产品氢气，能够显著降低用氢成本。”鹿新弟表示。
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编辑：戴戴
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