氢发动机能让建筑环保吗?

“我们考虑的是电力工地;现在我们正在考虑氢气的工作地点。”JCB首席创新和增长官蒂姆•伯恩霍普(Tim Burnhope)的这番话突显出，随着建筑行业努力将环境影响降至最低，战略的变化是多么迅速。

他谈到了JCB在零二氧化碳排放氢内燃机方面的工作，他认为这一发展将在建设更可持续的未来方面发挥关键作用。必威体育如何

这家总部位于英国的OEM已经建造了一台带有新型氢发动机的反铲装载机原型机，目前正在进行测试。JCB正在使用现有的发动机技术和现成的组件:一旦氢气被点燃，动力就会以与柴油发动机完全相同的方式传递。

其结果是，一种反铲装载机可以做传统柴油驱动的同类产品所能做的所有事情，而且行为方式相同——燃料成本预计与柴油非常相似。你可能会说，这太正常了。

这种常态让JCB开发人员兴奋不已。毕竟，如果它的客户不采用技术，那么我们就不会取得进步

伯恩霍普说:“我们的客户只会说两件事:不要让产品太复杂，也不要让产品对他们所服务的市场来说太贵。

氢的优点

JCB的氢燃料发动机的尺寸、重量和可用性与柴油发动机大致相同，这意味着现有设备不需要进行重大的重新设计，所需的操作员培训也可以忽略不计。然而，正如伯恩霍普自己承认的那样，还有很长的路要走。

“我们的出发点是如何将我们的专业知识转化为氢气。我们有办法将其投入生产，但到目前为止，我们还没有感到害怕。”

“下一步是将一些实验性产品推向市场。我们希望向一些客户提供产品，这样他们就可以试验使用这些产品，以获得反馈和分析。我们估计，目前我们将在我们的产品系列中使用这些发动机，从中型挖土机装载机到远程搬运机，大约3到4吨以上。”

氢能源
该公司的氢燃料发动机之旅始于董事长班福德勋爵的挑战，这导致在其位于英国德比郡的电力系统工厂成立了一个专业开发团队。

JCB长期以来一直致力于清洁柴油发动机的研究——据OEM称，与2010年生产的机器相比，JCB今天生产的柴油发动机产生的二氧化碳减少了50%。与1999年的水平相比，颗粒物必威体育如何和氮氧化物的减少幅度更大。

这家OEM公司已经成功推出了一款电动迷你挖掘机，现在在其由锂离子电池供电的紧凑型设备系列中有14种不同的型号，包括伸缩手柄、剪刀升降机、自卸车和叉车。然后，在2020年，该公司开发了一款由氢燃料电池驱动的20吨履带式挖掘机。

在燃料电池中，氢和氧结合产生电、热和水。

使用纯氢燃料的燃料电池是完全无碳的，其唯一的副产品是电、热和水。这对于可持续性来说是极好的，但电池和燃料电池都有其局限性。

JCB表示，电池不适用于工作重量超过6吨的设备，比如反铲装载机和大型挖掘机。电池重量太大，成本太高，导致机器性能下降。

与此同时，燃料电池技术还存在尚未解决的技术和成本问题，以及对供应安全的担忧。

“需要明确的是，我们并不是说燃料电池永远不会起飞，而是还有很长的路要走。我们必须非常小心，不要进行设计迭代，这意味着最终产品要到2050年才能上市。我们必须更快地开始减少二氧化碳排放，”Burnhope说。

“未来将是在正确的设备上使用正确的解决方案。低时间，低使用率，它可能需要电池。更大的机器在更偏远的地方工作，充电更困难——该行业可能必威体育如何会寻找其他解决方案。然后我们认为氢会发挥作用。

“在我们看来，电池、燃料电池、氢燃烧将会出现一个分散的市场

每种产品都有市场，取决于应用。我们对所有能帮助我们实现零二氧化碳的技术持开放态度，但我们相信氢燃烧能让我们更快地实现零二氧化碳。”

到目前为止，JCB的氢燃烧原型车已经运行了数千小时，该公司希望其设计寿命至少与柴油发动机相同。

JCB的开发人员一直在发动机开发方面与学术工程师和冶金学家保持联系，同时试图完善燃料混合。其结果是涡轮增压内燃机，燃料与空气的比例为1比100，这一解决方案带来了零排放和令人兴奋的早期成果。

到目前为止，目前原型挖土机上的氢气罐的容量，用一位工程师的话来说，可能还不足以完成一整天的工作。不过值得指出的是，这是第一台原型机，还有很多开发和学习的工作要做。

显然，可以考虑的一个选择是增加油箱的容量，但通过改变设计进一步提高机器效率可以减少所需的燃料量，这种方法适用于所有类型的机器，无论它们使用什么燃料。

供应链的问题是什么?
也许氢燃料内燃机成功商业开发的最大障碍不是工程或技术挑战，而是政治和监管支持，以及与新供应商建立关系的需要。

当然，JCB渴望看到氢气行业的发展，这将刺激必要供应链的增长。Burnhope表示:“我们并不认为这是向其他制造商销售的机会;我们这样做是希望其他人能看到我们所做的事情，并参与进来。”

氢气在对抗气候变化方面的潜力直到最近几年才得到充分认识。在很长一段时间里，监管机构和政客都或多或少地忽必威体育如何视了这一点。

然而，氢燃料发动机的潜力在200多年前就被首次认识到。

1806年，法国发明家弗朗索瓦·艾萨克·德·里瓦兹设计了第一台以氢/氧混合物为动力的内燃机。

在此后的几十年里，许多汽车梦想家、发明家和工程师都曾研究过氢燃料发动机，但没有一个被商业化开发出来。

如今，JCB对该技术的热情已被一些建筑界及其他领域的大公司所匹敌。研究氢燃料发动机的公司包括利勃海尔、发动机制造商康明斯、德国发动机开发专家FEV、英国工程咨询公司里卡多和航空巨头空中客车。甚至f1也在关注它。

他们都希望自己的创新和承诺能够成功开拓全球市场。到目前为止，利勃海尔对其工作几乎没有透露，但康明斯在7月份宣布，它已经开始测试氢燃料内燃机。

康明斯发动机部门总裁Srikanth Padmanabhan表示:“我们对氢发动机在减少排放、为客户提供动力和性能方面的潜力感到兴奋。

“我们正在使用所有配备了最新技术的新型发动机平台，以提高功率密度，减少摩擦，提高热效率，使我们能够避免将柴油或天然气发动机转换为氢燃料时的典型性能限制和效率妥协。

“我们已经取得了重大的技术进步，并将继续前进。我们对将这一解决方案推向市场持乐观态度。”

下一步，该公司计划评估该发动机在各种公路和非公路上的应用，并表示氢发动机通过继续使用熟悉的机械传动系统，将车辆和设备集成到当前的动力系统中，为原始设备制造商和最终用户提供适应性的好处。

欧洲清洁氢联盟
总部位于德国亚琛市的FEV是一家国际领先的汽车和动力总成开发商，也是一家朝着同样方向发展的公司。这在一定程度上是对欧盟在2020年发起欧洲清洁氢联盟的回应，该联盟的目标是到2030年建立一个综合的氢市场。

欧盟的举动重新引发了关于使用氢气的最合适方式的辩论，FEV也得出了与JCB类似的结论。“氢内燃机是零二氧化碳运输的一种强大、经济的选择。FEV集团总裁兼首席执行官Stefan Pischinger教授表示:“它可以相对简单地应用到当前的生产基础设施中，并为现有车辆提供潜力。”

由于氢是一种碳中性燃料，润滑剂燃烧后只会产生极少量的一氧化碳、二氧化碳和烟灰。废气的主要成分是氮氧化物(NOx)，但其较低的废气温度意味着-即使没有废气后处理-氮氧化物的水平已经低于当前的限制。

与JCB和其他公司一样，FEV表示还需要进一步研究，比如点火系统、曲轴箱通风、燃料混合物和废气处理。所有相关公司都希望看到发动机在现场工作条件下进行长期测试，以消除迄今为止尚未发现的任何担忧。

氢脆的可能性是一个令人担忧的问题，尽管迄今为止还没有报告任何问题。氢脆是指金属由于氢的引入和扩散而变得脆性。环保组织还指出，开发氢燃料发动机的环境效益取决于氢是如何产生的。

所谓的蓝色氢是从天然气中提取的，它的制造过程会产生副产品二氧化碳，必须被捕获和储存。因此，反对者认为，围绕储能技术的不确定性意味着蓝氢不是零排放燃料，不应该这样推广。

另一方面，绿色氢是通过电解从可再生能源中生产氢，电解是一种利用电流将水分解成其基本元素——氢和氧的过程。在这个过程中使用的电力可以来自可再生能源，如风能、水力发电和太阳能。

氢内燃机
除了绿色氢的可用性，更大的障碍可能是需要政治支持、有效的监管，以及与新的商业伙伴建立关键的供应链。正如JCB的一位开发工程师所观察到的那样，“我们正在结交很多新朋友”。

OEM乐观地认为，供应链将得到发展，氢气产量可以充分提高，以满足未来的需求，许多大公司都希望进入市场。

但各国政府和监管机构需要就国际标准达成一致，并迅速制定氢气生产、分配和储存的政策。JCB董事长班福德勋爵强调，反对化石燃料不应导致全面拒绝各种形式的内燃机。

他说:“我们认为应该继续使用和发展内燃机技术;化石燃料在机械中的使用可能在未来被逐步淘汰，但这并不意味着ICEs在帮助实现二氧化碳零排放方面没有重要的持续作用。”

其中一个密切关注事态发展的组织是ESTA，欧洲异常道路运输和移动起重机协会。其成员负责重大建筑、能源和工业项目。

ESTA主任Ton Klijn说:“氢燃料发动机的发展非常令人兴奋。我们只能希望布鲁塞尔的政治领导人和欧盟成员国能跟上变革的步伐。

“如果工业界要发展所需的新供应链，我们就需要政界人士展现出清晰的思路和领导力——这意味着就必要的监管框架和统一标准达成一致。

“我们从惨痛的经验中——以及我们为反常运输统一欧洲标准而进行的长期运动中——知道，这些目标辩论起来容易，实现起来难。我们只能希望气候紧急情况将引发更大的紧迫感。”

如果没有这样的协议，JCB和其他公司在建筑和非公路领域取得的巨大进步很可能是徒劳的。