Concawe之前委托DNV進行了一次文獻審查，以評估在內(nèi)燃機中使用H2與CNG混合氣體的益處、缺點和障礙，重點是重型車輛。

         
/背景信息/可持續(xù)生產(chǎn)的氫氣（H2）被視為運輸?shù)牡吞既剂?。同樣，壓縮天然氣（CNG）可以減少車輛的二氧化碳排放，特別是如果它是由生物甲烷等可再生資源生產(chǎn)時。H2和CNG都是氣態(tài)的，很容易形成混合物（H2/CNG），現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)有可能用于從化石天然氣平穩(wěn)過渡到可再生CH4和H2的混合物，從而實現(xiàn)內(nèi)燃機（ICE）的低碳能源供應(yīng)。該報告顯示，歐洲重型CNG汽車市場正在從稀薄燃燒（lean burn）（過量空氣，這是歐盟V期之前車輛中最常用的技術(shù)）轉(zhuǎn)向化學(xué)計量發(fā)動機（stoichiometric engine）（目前歐盟VI期車輛的選擇技術(shù)）。一般而言，文獻主要集中于稀燃發(fā)動機中向CNG中添加H2的影響，化學(xué)計量重型發(fā)動機的可用信息有限。          
EU市場重載燃氣車輛列表          

         
/主要結(jié)論/當(dāng)20%體積H2與CNG混合時，文獻顯示：l火花點火稀燃發(fā)動機的發(fā)動機效率提高了0%-13%，這主要取決于發(fā)動機參數(shù)設(shè)置；在化學(xué)計量發(fā)動機中，效率增益是未知的；l溫室氣體排放減少8%（如果沒有效率提高）至20%（效率提高13%）

         
CNG中氫含量對碳排放的影響函數(shù)

         
l由于H2與CH4相比具有不利的壓縮系數(shù)，車輛行駛減少里程介于24%（如果沒有效率增益）至14%（13%效率增益）之間。          
一家大型重型發(fā)動機制造商表示，根據(jù)他們的經(jīng)驗，少量添加氫不需要重新校準(zhǔn)ECU，直到氫氣體積百分比達到20%。超過20 vol.%需要不同的發(fā)動機MAP，對于超過40 vol.%的百分比，尚無經(jīng)驗。原始設(shè)備制造商表示，只有當(dāng)甲烷值不超出發(fā)動機規(guī)格時，才允許向天然氣中添加氫氣。此外，尚不清楚CNG部件（燃料管路、噴射器、壓力調(diào)節(jié)器、燃料閥等）是否能夠處理超過2體積%的氫氣。         
/混氫策略/在歐洲，天然氣供應(yīng)系統(tǒng)中H2含量的偏差是不均勻的，范圍在0.1%（比利時、英國）-10%（德國，根據(jù)具體情況，取決于供應(yīng)系統(tǒng)的具體情況）之間。
在連接到天然氣網(wǎng)絡(luò)的整個供應(yīng)鏈中，CNG車輛是對H2添加耐受性最低的最終用途（最大體積2%），因為傳統(tǒng)車隊中使用的鋼罐（1型）可能會發(fā)生氫脆。因此，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 16723-2中規(guī)定了作為汽車燃料的CNG中的H2最大值為2%。然而，由于采用非鋼復(fù)合材料制成的新型儲罐，新型車輛不再關(guān)注這一問題。該報告確定了與發(fā)動機和具有較高的CNG H2含量的零售站的兼容性相關(guān)的知識差距和研究需求，涉及后處理系統(tǒng)、火花塞、潤滑油、CNG油箱和燃油管路、噴油器、爆震管理和評級、發(fā)動機校準(zhǔn)和傳感器；還列出了對發(fā)動機排放和燃燒穩(wěn)定性的影響。          
目前天然氣中只允許最大2體積%的氫氣。為了最大限度地增加氫氣注入量，應(yīng)找到具有更多氫氣魯棒性設(shè)備的不同注入位置（短期策略）或采取緩解措施（長期策略）。例如，對于CNG車輛，這意味著應(yīng)更換CNG鋼儲罐（1型），應(yīng)對儲罐外圍部件進行測試或更換為耐氫部件，如果需要，應(yīng)重新校準(zhǔn)發(fā)動機MAP。當(dāng)氫氣在天然氣網(wǎng)格中混合時，可以預(yù)期CNG中的氫氣百分比會波動。氣體成分波動的缺點是，發(fā)動機應(yīng)處理管網(wǎng)中允許的整個氫氣范圍，這可能導(dǎo)致保守的發(fā)動機參數(shù)設(shè)置。在整個CNG/H2氣體質(zhì)量范圍內(nèi)實現(xiàn)最佳發(fā)動機的潛在解決方案是應(yīng)用前饋發(fā)動機控制。          
對于重型CNG車輛，最大化氫氣混合的替代方案是在燃料站使用CNG中固定百分比的氫氣混合氫氣。當(dāng)以固定的氫氣百分比供應(yīng)CNG/H2時，發(fā)動機設(shè)計者可以優(yōu)化利用CNG/H2的燃燒財產(chǎn)，例如與CNG發(fā)動機相比，具有更高的燃料效率和更低的污染物形成。例如，這一策略對于24/7的市內(nèi)配送和城市公交車來說很有意思。這種氫氣混合策略需要單獨的氫氣供應(yīng)鏈、加油站的現(xiàn)場儲存和混合設(shè)施，以及開發(fā)專用的CNG/H2發(fā)動機。另一個優(yōu)勢是，該選項已被研究并成功測試。下圖示意了不同的氫氣混合策略：1）將氫氣注入燃氣網(wǎng)，2）在燃料站使用固定量的氫氣混合氫氣。不同的氫混合策略          

         
        
 /氫內(nèi)燃機VS氫燃料電池/該報告還比較了純H2在燃料電池電動汽車（FCEV）和內(nèi)燃機中的優(yōu)點。一方面，與內(nèi)燃機相比，F(xiàn)CEV表現(xiàn)出更好的燃油經(jīng)濟性和無污染物排放。但另一方面，它們在零售站需要非常高的H2純度，并且具有較高的總擁有成本（TCO）。          
氫內(nèi)燃機與氫燃料電池對比

         
點燃、壓燃內(nèi)燃機與燃料電池負載效率對比          

         
/前線觀點/

• 前提是可再生天然氣和可再生氫氣，天然氣管網(wǎng)適配，車載設(shè)備適配，難度較高。

• 從碳排放的角度看，加氫20%的投入與收益不成正比。面臨純電、氫燃料電池、氫內(nèi)燃機的競爭。

• 燃氣機車型本來就不是主流。

• 即使應(yīng)用可能也僅適用于少數(shù)局部地區(qū)吧。