隨著全球氣候目標的不斷收緊,重型商用車領域正迎來技術與政策的“雙重驅動”。美國通過《可再生燃料標準》強制擴大可再生燃料供應,并在重型車輛上推廣可再生天然氣(Renewable Natural Gas, RNG),實現了RNG產能與加注站的快速增長;歐盟則在重型車CO?排放性能標準的修訂中引入生命周期排放(well-to-wheel),支持E-fuel(合成燃料)等燃料的應用。
從近期來看,世界頭部商用車及內燃機制造商回歸“內燃機”投入與布局??得魉笴ummins董事長兼首席執行官Jennifer Rumsey與沃爾沃集團CEO Martin Lundstedt相繼明確:多種動力解決方案和替代燃料將長期并存,清潔燃料驅動的內燃機仍將在交通運輸領域占據重要地位。
我國如何借鑒這些經驗,推動天然氣、甲醇、氫、E-fuel等能源內燃機技術路線的深化發展,是實現我國商用車低碳、零碳轉型的關鍵。
歐美重型商用車領域可再生燃料與內燃機新動向
美國EPA通過RFS強制各類運輸燃料中必須摻入可再生燃料,RNG作為“纖維素生物燃料”一類,自2005年RFS實施以來,產能迅速增長。2024年,美國RNG加注站數量同比增長63%,用于中大型商用車(Class 8)注冊量同比增長50%,達到2 317輛;天然氣(含可再生天然氣)驅動的垃圾車注冊量躍升43%,多元燃料市場動能顯著。
歐盟于2019年通過首個重型商用車CO?排放標準,要求至2025年新車平均CO?排放減少15%;2024年修訂進一步擴展至更多車型,并強調到2027年納入生命周期排放評估,為E-fuel、合成燃料等提供法規支持?!奥氏瓤紤]生命周期排放,而非僅尾氣排放”,已成為歐盟新規核心要義。
作為行業領軍企業,Cummins CEO Jennifer Rumsey在ACT Expo 2025主題演講中表明:“在交通可持續性之路上,不能讓完美阻礙前進。先進柴油、生物柴油、天然氣與氫發動機,以及電動、燃料電池與混動解決方案將長期并存;唯有靈活審視生命周期排放、以合適技術滿足不同應用需求,才能推動行業發展”。沃爾沃集團CEO Martin Lundstedt亦強調,公司戰略“三管齊下”——電池電動、燃料電池電動、以清潔燃料驅動的內燃機并重,為客戶提供多元化選擇,確保在不同市場與工況中實現最佳總擁有成本與排放績效。
國內多種燃料內燃機的技術路線展望
我國多種燃料內燃機基本從以下4大技術路徑推進:
1. 天然氣內燃機
2024年中國液化天然氣(LNG)重卡銷售占比達42%,推動柴油重卡需求下降6%,并有望在2025年前后實現柴油重卡消費峰值。技術方面,濰柴動力與中國重汽聯合推出的13 L LNG發動機達到290 kW功率、2 000 Nm轉矩,采用增壓與稀薄燃燒技術,滿足國六排放要求,并搭載自主ECU,實現精準噴射與排放控制;一汽解放CA6SX發動機則不斷刷新燃效紀錄,成為行業標桿。未來,進一步優化高壓儲運體系、推廣加注網絡、提升發動機熱效率超過50%,是下階段重點。
2. 甲醇內燃機
甲醇因原料來源廣泛、價格穩定,具備碳排放與成本雙重優勢。吉利商用車遠程品牌自2019年推出首款M100甲醇重卡,截至2024年已實現累計500 萬km運營,年均減少CO?約4 620 t、節省燃料成本18%;天津大學團隊與企業合作,開發的“柴油-甲醇組合燃燒技術”(DMCC)在11省市示范,熱效率由43.4%提升至47.6%,燃效增益8.7%,經濟性與動力性均提升10%以上。技術路線分為純甲醇高壓直噴與混合燃料兩種,各有側重。
3. 氫內燃機
氫內燃機在快速加注、長續航、高功率輸出方面具備獨特優勢,被視為氫燃料電池的有力補充。2024年,中國重汽·濰柴聯合發布首臺量產化13 L氫內燃機,熱效率41.8%,累計實車應用于港口、礦區等場景;一汽解放CA6HV3氫氣發動機最大功率460 PS,峰值扭矩2 100 Nm,可在90%純度灰氫下穩定運轉,解決氫脆與高效燃燒難題,實現零碳排放。未來需突破高壓直噴控制、氫氣安全管理與低成本碳中性氫供給。
4. E-fuel(合成燃料)
合成電fuel基于綠電制氫與CO?捕集合成,其全生命周期碳排放可近似零。E-fuel與現有燃料兼容,無需改造發動機和基礎設施,抗爆性能與98號汽油一致。國內E-fuel示范尚在起步,如部分科研機構開展高溫共電解制備合成氣、CO?捕集示范項目;但整體商業化路徑尚未明晰,需在大規模綠電制氫、CO?源頭集中化、合成工藝成本控制等方面取得突破。
國內內燃機發展建議
在歐美典型實踐和產業布局基礎上,國內商用車可再生燃料內燃機發展應重點關注以下幾點:
政策驅動與規范保障。美國RFS與加州LCFS的雙軌激勵模式,以及歐盟即將納入燃料生命周期排放的標準,提供了市場確定性與長期投資預期。國內應加快完善可再生燃料標準,明確天然氣、甲醇、氫、E-fuel等分類與配額要求,鼓勵燃料生產、加注網絡與整車示范協同建設。
多元技術并行與匹配應用。重型車作業場景多樣,城際長途、港口場站、礦區短倒等對續航、加注便利性、總擁有成本(TCO)需求各異。應針對不同應用,靈活選擇LNG、LPG、甲醇、氫、E-fuel等技術路徑,并保留傳統柴油發動機平臺向替代燃料的演進空間。
產業鏈協同與示范先行。從上游燃料生產(RNG、煤/天然氣制甲醇、綠氫、CO?捕集)到中游儲運(管網、罐車、液化設施)及下游加注站,應形成“示范——復制”閉環。可在粵港澳、長三角、京津冀等重卡高密度區域開展示范項目,快速累積運行數據與成本經驗,推動規模化應用。
技術創新與節能增效并重。提升內燃機熱效率仍是最大減碳潛力來源。應持續加大高壓直噴、渦輪增壓、廢熱回收、混合動力集成等技術研發力度,同時推進低碳替代燃料(如生物甲醇、生物RNG、綠氫、E-fuel)的工藝優化與成本下降。
市場激勵與運營支持。除直接財政補貼外,應通過稅率優惠、差異化車輛通行費與牌照配額等手段,引導運營商優先采購可再生燃料車輛。并建立全生命周期的碳排放核算與交易體系,使減碳效益得到公平市場回報。
作者:常青
一審:杜紅武/二審:王作函/三審:于晶
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