氨内燃机的机遇与挑战

近期，多家企业推出了以氨为原料的内燃机：6月，一汽解放氨氢融合直喷零碳内燃机成功点火；广汽发布全球首款乘用车氨发动机；3月，东风与清华大学联合研发的国内首台氨柴车用重型发动机成功点火。另在去年6月，玉柴发布氢氨混燃内燃机。

在“双碳”目标背景下，这些内燃机与整车企业为何相继开发氨内燃机及适配车型？氨内燃机的发展前景如何，会遇到哪些机遇与挑战？

氨内燃机并不简单

对于安全储运来说，氨不容易燃烧是一个优点。但是，如果将氨直接作为燃料使用，因为氨的热值比天然气、氢等都要低，点火比较困难。而且氨的燃烧速度远远低于氢，不太容易实现稳定燃烧。如何让氨稳定地烧起来，对于内燃机企业是一个技术挑战。

由于氨的燃烧特性、喷雾特性、排放特性与天然气、柴油等都有显著差异，同时氨还有动力性低的问题，所以将氨直接作为燃料应用在内燃机上并不容易。内燃机企业为了让氨在发动机里实现稳定燃烧，采取了很多办法，包括对内燃机进行重新研发设计、将氨与易燃燃料混合使用等。

以广汽新推出的乘用车氨发动机为例，据业内人士介绍，该发动机主要以液态氨作为燃料，通过预燃室射流点火、双喷射系统、超高压缩比等技术实现氨混合气在气缸内稳定燃烧，功率达到120kW。为了能够让氨提供持久的动力输出，这款氨发动机在喷油嘴、点火系统和预燃烧室等部位都进行了改进设计，其中一些技术方案在高端豪华车上才能看到。

而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，该发动机采取双燃料工作模式，加入引燃、助燃的柴油用以维持发动机工作。由于车辆在不同路况、不同装载，甚至不同驾驶员的操作习惯等情况下，发动机的工况随时可能发生改变，因此这款发动机在柴油、氨气的配比与燃烧控制等方面都进行了技术研发。

从以上情况不难发现，虽然氨发动机在技术层面与传统燃油发动机有着非常大的相似性，但要想要将氨直接作为燃料使用，也不是一件易事。企业之所以纷纷将氨发动机作为一个重要的研发方向，也是因为在“双碳”目标指引下，寻找绿色动力解决方案已成为当务之急。对于他们而言，潜心研发、顺应发展趋势是其持续保持生命力的重要路径。

氨内燃机迎来重大机遇

当前，能源行业正从柴油等传统化石能源逐渐向风能、太阳能、氢能等新能源转型，在“氨=氢2.0”时代，氨能产业将是氢能产业发展的重要分支。“氨氢融合”无碳燃料将有力推动我国内燃机行业实现“双碳”目标，加速产业转型升级。

过去以柴油机为代表的大功率内燃机作为一类具有重要地位的动力设备，在交通运输（如船舶运输）、工程机械、农用机械、陆用电站等场景有着广泛的应用，对推动经济和社会发展贡献巨大，但作为能源消耗“大户”，也是二氧化碳排放的主要来源之一。

若以高效氨燃料发动机替代现有在上述场景应用的大功率内燃机，经过初步估算，平均每年约可减少二氧化碳排放343.6亿吨，换算成平均碳交易价格可达1.27万亿元。

自2022年以来，我国的氢氨一体化项目开始明显增多，目前国内在建及规划的绿氨项目已超过20个，投资额约1500亿，年产能合计超过480万吨。随着未来5到7年内项目逐步大面积投产，上游源源不断的绿氨资源将进一步推动氨内燃机的发展。

氨内燃机仍有技术难点亟待突破

从产业技术进步的角度看，在氨内燃机路线探索过程中，效率和经济性仍是最大挑战。

当前氨内燃机研发面临着对内燃机条件下的氨燃料着火和燃烧稳定性机理的理解尚不充分；现有热力循环难以满足氨燃料高能着火与高效燃烧的需要；缺少适用于氨燃料压燃应用的内燃机结构等。目前氨内燃机的机器效率还达不到传统内燃机的效率。

尽管氢氨融合技术路线的热度颇高，但由于我国在该领域起步较晚，在氨发动机技术、氨燃料加注设施等方面储备不足，同时也缺少较为完善的政策指导，想要真正推广氨内燃机应用，还有诸多难题需要破解。

一位业内人士表示，从实际应用和落地的角度来看，氢氨融合技术想要大规模推广应用，还有很长的路要走。尽管氨内燃机尚处于研发摸索阶段，但从企业对新燃料技术的迫切追求可以看出，清洁能源的利用和多元化发展将是大势所趋。从国家能源安全角度来看，单一燃料会存在很大风险。因此，未来氢能源、甲醇、氨等能源应用将会百花齐放。