◎本報(bào)記者 陳 曦
在近日天津召開的2024世界內(nèi)燃機(jī)大會(huì)上，多個(gè)廠家展示了熱效率達(dá)到50%的柴油機(jī)產(chǎn)品。
提高熱效率，是內(nèi)燃機(jī)減排的重要路徑之一。內(nèi)燃機(jī)誕生百年來，為交通運(yùn)輸、工程建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展低碳化轉(zhuǎn)型趨勢(shì)下，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)面臨史無前例的挑戰(zhàn)。
與會(huì)人士一致認(rèn)為：面對(duì)全球能源轉(zhuǎn)型巨大挑戰(zhàn)，內(nèi)燃機(jī)在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中仍不可替代，碳中性燃料和零碳燃料將使內(nèi)燃機(jī)行業(yè)煥發(fā)蓬勃活力。
多條技術(shù)路線齊頭并進(jìn)
“每年我國內(nèi)燃機(jī)消耗全國60%的石油，碳排放量約占全國碳排放量的8%—10%�！敝袊鴥�(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)李樹生坦言，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)是節(jié)能減碳的主力軍，節(jié)能減排的壓力不小。
當(dāng)前，內(nèi)燃機(jī)減排多條技術(shù)路線齊頭并進(jìn)，其中主要包括有效熱效率的提高、低碳和碳中和燃料的使用、治理技術(shù)的進(jìn)步。
“提高熱效率意味著單位燃料能夠產(chǎn)生更多的有用功，從而減少燃料的消耗。”玉柴機(jī)器股份有限公司高級(jí)副總裁鐘玉偉認(rèn)為，這直接降低了內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行過程中的碳排放量，有助于內(nèi)燃機(jī)在能源轉(zhuǎn)型過程中保持競(jìng)爭(zhēng)力。
不過受卡諾循環(huán)高、低溫限值的影響，內(nèi)燃機(jī)熱效率的提升并非易事。
通過高膨脹燃燒、高效燃油噴射、低阻力摩擦、低噪聲控制等方面技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，目前我國柴油機(jī)本體熱效率突破53%，汽油機(jī)熱效率也達(dá)到44%。
在內(nèi)燃機(jī)熱效率不斷提升的同時(shí)，零碳/碳中和燃料技術(shù)的發(fā)展，為我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)開辟了新賽道。
“內(nèi)燃機(jī)只是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，能將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。如果內(nèi)燃機(jī)用的是零碳燃料，它就是零碳的。”中國工程院院士、2024世界內(nèi)燃機(jī)大會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)主任、上海交通大學(xué)智慧能源創(chuàng)新學(xué)院院長(zhǎng)黃震的觀點(diǎn)得到了業(yè)內(nèi)眾多專家認(rèn)同。
氫、氨、醇類凈零碳燃料和生物質(zhì)燃料都是熱門候選。為了適應(yīng)新燃料，保證內(nèi)燃機(jī)的安全和可靠性，內(nèi)燃機(jī)需要在燃料供應(yīng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、尾氣后處理以及內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和材料等方面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、清華大學(xué)教授帥石金認(rèn)為，內(nèi)燃機(jī)節(jié)能、減排技術(shù)近年來確實(shí)取得長(zhǎng)足進(jìn)展，可以滿足當(dāng)前世界上最嚴(yán)的歐七排放標(biāo)準(zhǔn)�！暗珒�(nèi)燃機(jī)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，關(guān)鍵是如何適應(yīng)氫、氨等零碳燃料的噴霧燃燒要求，并降低全生命周期綜合成本，提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率等，滿足未來嚴(yán)格的排放法規(guī)要求�！睅浭鹫f。
還有科研團(tuán)隊(duì)通過治理技術(shù)實(shí)現(xiàn)減排。“以大型遠(yuǎn)洋貨輪為例，由于需要強(qiáng)大的動(dòng)力輸出，因此在幾十年內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力仍占主導(dǎo)。鑒于船體空間大，我們?cè)谔剿鞫趸疾都姆椒▉頊p少碳排放�！敝写谄咭灰谎芯克偣こ處熗蹁h說，后處理在現(xiàn)階段是比較簡(jiǎn)單易行的辦法。處理二氧化碳，既可以將其運(yùn)到陸地深埋，也可以對(duì)它們進(jìn)行再次利用。
目前的技術(shù)能捕集到99.9%純度的二氧化碳，可以通過合成生物技術(shù)，把二氧化碳人工合成為淀粉、己糖等。未來可以利用二氧化碳和可再生能源制成新型電子燃料，直接進(jìn)行燃燒。
積極擁抱電動(dòng)化
傳統(tǒng)汽車主要由內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。進(jìn)入新世紀(jì)以來，以電力驅(qū)動(dòng)為代表的新能源汽車快速發(fā)展，電動(dòng)化是汽車發(fā)展的重要方向。
李樹生認(rèn)為，未來汽車動(dòng)力系統(tǒng)將從內(nèi)燃機(jī)的“獨(dú)唱”變?yōu)閮?nèi)燃機(jī)和電機(jī)的“二重唱”，甚至出現(xiàn)更多元的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，這是大勢(shì)所趨。
“研究已經(jīng)證明，在汽車領(lǐng)域，純電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池這三條技術(shù)路線可以實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)。”中國工程院院士、中國汽車工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、清華大學(xué)教授李駿說。
“電動(dòng)新能源汽車的發(fā)展對(duì)于內(nèi)燃機(jī)來說也是一個(gè)機(jī)遇。內(nèi)燃機(jī)要積極擁抱電動(dòng)化，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)�！睅浭鹫J(rèn)為，內(nèi)燃機(jī)在混合動(dòng)力中可實(shí)現(xiàn)直驅(qū)，也能與電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，還能夠直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電。內(nèi)燃機(jī)在混合動(dòng)力運(yùn)行時(shí)一直工作在高效區(qū)，可實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能減排。
“電動(dòng)車的智能化、電動(dòng)化技術(shù)也能為內(nèi)燃機(jī)汽車所用，以提升內(nèi)燃機(jī)汽車的性能和效率�！北本┢嚰瘓F(tuán)有限公司質(zhì)量總師李繼凱舉例，將智能化和電動(dòng)化技術(shù)與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)集成，通過算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與高效運(yùn)行。還可以通過先進(jìn)的控制策略，優(yōu)化整車的動(dòng)力分配、能量管理和駕駛模式，提高整車的能效和駕駛體驗(yàn)。
“對(duì)于出行半徑在100公里以內(nèi)的小型乘用車來說，動(dòng)力采用純電動(dòng)更加經(jīng)濟(jì)適用，但純電動(dòng)無法滿足越野車等的一些特殊出行需求。同時(shí)，我們的產(chǎn)品還要兼顧出口，很多國家的電網(wǎng)設(shè)施并沒那么健全。因此，混合動(dòng)力以及插電混合動(dòng)力的汽車的需求十分旺盛�！崩罾^凱介紹。
李樹生認(rèn)為，氫內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)及氫燃料電池應(yīng)是商用車加快電動(dòng)化轉(zhuǎn)型、降低碳排放的重要技術(shù)路徑。
據(jù)介紹，中國商用汽車在道路交通運(yùn)輸?shù)奶寂欧耪急瘸^50%。氫能燃料電池汽車將成為降低商用汽車碳排放，特別是長(zhǎng)途客車、重載貨車、廂式物流等商用汽車低碳發(fā)展的主要方向。
推動(dòng)更多技術(shù)創(chuàng)新
中國工程院院士、中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、天津大學(xué)校長(zhǎng)金東寒認(rèn)為，目前及未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)都將是陸上運(yùn)輸、工程機(jī)械、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)闹鲗?dǎo)動(dòng)力，也是推動(dòng)節(jié)能減排以及碳減排最具潛力的產(chǎn)品�！皟�(nèi)燃機(jī)行業(yè)必將朝著‘更清潔、更高效、更智能、更可靠’的方向快速發(fā)展�！苯饢|寒說。
目前，我國內(nèi)燃機(jī)行業(yè)已提早布局多條低碳化技術(shù)路線。
在國家科技規(guī)劃層面，我國先后部署和推動(dòng)氫、氨、醇類凈零碳燃料和生物質(zhì)燃料的內(nèi)燃動(dòng)力科技研發(fā)，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)開辟新賽道。
由可再生能源電水解制成的氫氣以及大氣中捕獲的二氧化碳可合成氫基甲醇，目前我國已具備量產(chǎn)能力，并已投入試運(yùn)行。全國有21000輛燃料電池汽車參與示范運(yùn)營，248座加氫站投入運(yùn)營。燃料電池軌道列車和旅游客船也投入運(yùn)行。
同時(shí)，我國內(nèi)燃機(jī)在性能和有害排放控制，以及智能化等方面的技術(shù)，都已處于世界第一梯隊(duì)。
“此次世界內(nèi)燃機(jī)大會(huì)在天津召開，充分展示了我國在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的成果和技術(shù)實(shí)力�！苯饢|寒說，天津作為中國內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)的重要基地，擁有扎實(shí)的研發(fā)、制造、檢測(cè)和零部件生產(chǎn)基礎(chǔ)。世界內(nèi)燃機(jī)大會(huì)走進(jìn)津沽大地，無論是對(duì)天津市還是對(duì)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)都具有特殊意義。
大會(huì)召開期間，內(nèi)燃動(dòng)力全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟、中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)京博吉大聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)氨發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新聯(lián)合體和中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)氫發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新聯(lián)合體揭牌成立。
“內(nèi)燃機(jī)的龍頭企業(yè)、科研院所、高校都參與其中�！睅浭鹫J(rèn)為，聯(lián)合體將發(fā)揮行業(yè)協(xié)同效應(yīng)，以氫/氨發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)需求為牽引，圍繞重大科學(xué)、技術(shù)和工程化共性問題，通過設(shè)置課題開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，突破氫/氨發(fā)動(dòng)機(jī)及關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，創(chuàng)建支撐氫/氨發(fā)動(dòng)機(jī)高質(zhì)量發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系，打造跨學(xué)科的高端智庫，為國家決策部門提供激勵(lì)政策依據(jù)，促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展。
金東寒表示，天津大學(xué)在2024年世界內(nèi)燃機(jī)大會(huì)期間牽頭成立聯(lián)盟具有重要意義。
天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)學(xué)科歷史悠久，在我國內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)研究中發(fā)揮了開拓和牽引作用。作為首席科學(xué)家單位，天津大學(xué)主持內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的全部4項(xiàng)973計(jì)劃項(xiàng)目，承擔(dān)了一批包括國家自然基金創(chuàng)新研究群體在內(nèi)的重大和重點(diǎn)項(xiàng)目。天津大學(xué)共榮獲國家科技獎(jiǎng)勵(lì)18項(xiàng)，其中，近年來作為第一完成單位獲獎(jiǎng)6項(xiàng)；以數(shù)字化設(shè)計(jì)為牽引，構(gòu)建了以過程能力為核心的車用發(fā)動(dòng)機(jī)精益化研發(fā)設(shè)計(jì)體系，解決了從基礎(chǔ)理論、工程設(shè)計(jì)到技術(shù)轉(zhuǎn)化等問題，為自主品牌成功開發(fā)數(shù)十款高性能產(chǎn)品，累計(jì)產(chǎn)銷數(shù)百萬臺(tái)，助力我國汽車品牌自立自強(qiáng)。
“未來聯(lián)盟要充分發(fā)揮內(nèi)燃動(dòng)力全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，更好地將企業(yè)、高校、科研院所、實(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新主體緊密聯(lián)系起來，有效促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的深度融合，打造內(nèi)燃動(dòng)力國家戰(zhàn)略科技力量主力軍。”金東寒說。（科技日?qǐng)?bào)）