氢能源与工程机械（上）：关于氢燃料电池的适用性探讨

氢能源前景初现。在电动化设备之外，工程机械制造商和发动机制造商对氢表现出较大的兴趣，竞相开发氢能源产品。

国外市场，到目前为止，JCB、珀金斯和康明斯等发动机企业已经公布了生产H2发动机和ICE发动机的计划。小松和现代工程机械等主机制造商均已启动氢燃料电池挖掘机概念机的研制和实验认证。

当前，对氢能源的利用主要通过氢内燃机和氢燃料电池两种方式来实现。前者可以借助成熟的柴油发动机技术和产业链，兼具成本效益和可靠性，且已在部分建筑设备上得以应用和验证；后者主要是将压缩的氢气从存储罐送入燃料电池堆，通过氧气和氢气在电极上发生的氧化还原反应产生电能，而不是直接将其燃烧。在行业迈向零碳未来的道路上，关于氢燃料电池否适用于非道路机械的讨论仍在继续，未来氢是否会获得广泛应用？尚未有定论。

JCB:“太贵了”

JCB致力于发展电动和氢能设备，但基本已经排除了使用氢燃料电池的可能性。

“我们确实看到了氢燃料电池的价值，即零排放和低噪音。但我们认为氢燃料电池同时也存在一些弊端，比如价格昂贵，一些设备的成本几乎是柴油设备的两倍。电池容量方面也存在挑战，尤其在续航里程增加的情况下，需要更大的电池设备。”JCB北美产品副总裁Chris Giorgianni表示,“还有供应链和电力供应的问题。城市中通常会有很多的燃料来源，但一些偏远和待开发地区则很少。” 

JCB测试过氢燃料电池在工程机械设备上的可行性，并且早在2020年7月就推出了工程机械领域有史以来首台氢动力挖掘机——220X挖掘机。经过反复测试和试用得出的结论是，氢燃料电池过于昂贵、过于复杂，而且对于工程机械和农业机械来说不够实用。

JCB测算，“如果要研制一台大型挖掘机，需要投入10万美元以上的成本，而且不能确定客户是否会为此买单。此外，氢燃料电池需要特殊的冷却剂，如果搭载不同型号发动机的设备在同一地点使用，冷却剂很容易发生混淆”。

鉴于此，JCB将重点放在氢燃料发动机上，已应用于其滑移装载机和伸缩臂叉车，近期还推出了自己设计和制造的移动式加氢车，一次可以给16台氢动力挖掘装载机加气。

JCB氢内燃机首次亮相CONEXPO-CON/AGG 2023

沃尔沃遍达：“打算完全采用氢燃料电池，但需要新的商业模式”

沃尔沃遍达将采用多技术路线为未来的发动机提供动力，认为氢将是未来的一项强大的技术。现阶段已经推出了氢/柴油双燃料发动机，在与CMB.TECH公司合作的双燃料技术项目中，已经可以看到二氧化碳排放量减少了80%。据悉，沃尔沃遍达未来两年还将推出一款天然气发动机，新型天然气发动机将采用全火花点火，未来将实现100%氢火花点燃式发动机。

沃尔沃遍达下一步聚焦于氢燃料电池，公司不仅仅致力于氢在非道路机械和发电中的应用，同时还在探索如何通过与氢供应商之间的有效合作，获取有助于其实现2050年目标的绿氢。这是一条技术发展之路，同时也是一项燃料可用性发展之路，不只有沃尔沃，许多供应链上的动力传动系统供应商都在走这条路。

从灰氢过渡到蓝氢，再到最终实现绿氢，是氢能未来低碳化、无碳化的趋势

沃尔沃遍达认为其正在开发的氢燃料电池已足够强大，可以应用于非道路移动机械。氢可以作为一种独立的燃料来源，但如果与电池一起使用，会更有效。

同时，沃尔沃遍达也承认，在帮助客户应对氢燃料电池这项新技术带来的高昂成本方面，仍有很多工作要做。沃尔沃遍达美洲区工业销售副总裁 Darren Tasker表示，“作为动力系统供应商，我们需要帮助客户成功过渡。我们知道这项技术需要支付高昂的费用，开发过程中需要大量的研发资金。”他补充道。同时也面临如何将其商业化？如何将新能源作为一项服务而非硬件收费？如何看待租赁业务？如何降低能源使用和运营成本等诸多问题。

“使用氢能实现脱碳的潜力是巨大的，但许多应用需要传统燃料的后备方案来维持可行的业务。双燃料技术的简单性允许它可以被快速引入到许多应用中。”

康明斯：“与氢内燃机是互补的”

在康明斯看来，氢燃料电池和氢内燃机是互补的动力来源。凭借多年在氢能领域的深厚技术积累，针对不同的使用场景和用户需求，现已推出了氢燃料电池、氢内燃机两种氢能动力。可以根据客户在零碳排放过程中所处的场景为他们提供多种选择。康明斯认为，这将有助于推动氢能源产品的需求和氢能源基础设施的建设。

近期，康明斯与特雷克斯旗下子公司Terex® Advance Mixer，Edge Materials公司及PCC Hydrogen共同签署谅解备忘录，生产配装康明斯零碳氢内燃机的混凝土搅拌车并进行运营验证。

据了解，康明斯基于燃料电池技术的研发也已经进行到了第四代，可为包括公交车、卡车、轨道交通、船舶与发电机组在内的多种应用场景提供动力。

康明斯旗下第四代氢燃料电池发动机-FCE150，重点针对重型非公路应用

利勃海尔：“将成为‘混合动力的一部分’”

利勃海尔预计，燃料电池将成为“混合动力的一部分”，尤其是一些大型设备，仍然需要柴油、生物柴油和氢气作为燃料的内燃机。比如矿卡、大型土方机械和推土机，它们可以在电池电力可能无法达到所需全部动力的极端条件下运行。在这些工作场景中一般环境较为恶劣，多尘土，如果使用燃料电池，使用的氢的纯度必须非常高，保持燃料电池的清洁，它们才能正常工作。

在2022年的德国慕尼黑Bauma展上，利勃海尔首次重磅推出了其第一台搭载氢内燃机的履带式液压挖掘机原型机R9XXH2。该设备搭载的H966氢气发动机由利勃海尔零部件事业部研制，数据显示，在其全寿命周期中，二氧化碳排放量将比同级别传统内燃机动力挖掘机降低70%。

利勃海尔搭载氢内燃机的履带式液压挖掘机原型机R 9XX H2

与此同时，利勃海尔零部件事业部还致力于进一步开发基于氢能的动力技术方案，包括“氢气缸内直喷 (DI)”技术方案，并与中国的客户一起成功进行了低压直喷 (LPDI) 技术的实际发动机测试，该系统于2023年6月在第22届Gpower中国动力展上亮相。

小松：“是中大型工程机械动力源的有效选项”

2023年5月，小松启动了一款以氢燃料电池作为动力的中型液压挖掘机概念车的实证实验(PoC)。

本次开始进行实证实验的概念车系以小松的中型液压挖掘机为基础，通过采用由丰田汽车公司制造的氢燃料电池系统、储氢罐以及小松自主研发的核心部件和总控制技术研发而成，在实现 “零排放”并显著降低噪音和振动的同时，兼具与燃油机型同等强大的挖掘性能和高操作性。

采用氢燃料电池的小松中型液压挖掘机概念车

小松认为，与已在电动化方面走在前面的小型工程机械相比，大中型工程机械对高能量密度的动力源有着更高的要求。与在小型工程机械上得到广泛采用的电池相比，氢具有更高的能量密度，并可以在比电池充电更短的时间内完成氢燃料的加注，因而被认为是中型和大型工程机械动力源的有效选项。小松以在不久的将来实现氢燃料电池大中型工程机械的量产为目标，相关工作正在加速推进中。

责任编辑：Roy Zheng