一個世紀(jì)以來，世界的化石燃料消耗成指數(shù)增長，從而導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問題，比如空氣污染、酸雨以及能夠引起土壤和水質(zhì)惡化的污染物大量排放。在人為大氣污染中，約有80%的一氧化碳產(chǎn)生于內(nèi)燃機(jī)燃燒過程，有害物質(zhì)氮氧化物的揮發(fā)也是不容小窺，我國對于車用內(nèi)燃機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)更是愈加嚴(yán)苛，從國一到國六標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的節(jié)奏也是越來越快，但是作為化石燃料燃燒的主要產(chǎn)物，二氧化碳的排放在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中是不可能顯著降低的，為了迎合新標(biāo)準(zhǔn)，不得不導(dǎo)致后處理升級的變本加厲，特別是讓中重卡司機(jī)叫苦不迭。隨著我國碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時間的日益臨近，車用內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)真的要迎來滅頂之災(zāi)嗎？

上圖列出了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的通用化學(xué)式。從圖中不難看出，二氧化碳是化石燃料燃燒的主要生成物，也是溫室效應(yīng)的主要來源，而CO、HC和顆粒物是內(nèi)燃機(jī)排放的主要污染物，只有水是無污染生成物。溫室氣體和污染物的主要來源就是燃料中的碳。換句話說，燃料中的“碳”是環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住Ｒ虼恕盁o碳、可再生”是理想的未來之選。

氫作為燃料的優(yōu)點(diǎn)十分明顯。首先，氫是清潔、可再生的燃料，燃燒產(chǎn)物是水和少量的氮氧化物，電化學(xué)燃燒（例如在燃料電池中）的產(chǎn)物只有水，氫具有廣泛來源，是自然界最普遍存在的元素，是取之不盡、用之不竭的清潔能源。氫的熱值高，與其他燃料相比，單位質(zhì)量發(fā)出的能量，即比能量高。氫在發(fā)動機(jī)燃燒室中具有非常高的燃燒速度（大約是汽油的 6 倍）。氫還具有廣泛的可燃性，這使得它可以在與空氣混合不同比例（4-75%）的空氣中燃燒，這使得我們可以使用非常稀薄的混合物。若將氫作為內(nèi)燃機(jī)燃料，從終極意義上規(guī)避了含碳物質(zhì)的排放，不僅解決了化石類原料的CO和HC的排放，也不會產(chǎn)生溫室氣體。

顯然，以氫為燃料是解決內(nèi)燃機(jī)燃燒有害物排放的根本途徑。聯(lián)想到氫，肯定就有許多人聯(lián)想到了以氫燃料電池為續(xù)航“充電寶”的電動汽車。那為什么中重卡車不直接選擇它呢？

電池電動汽車（BEV）具有相當(dāng)大的潛力，特別是在城市私人和公共交通中，他們可以在短距離上實(shí)現(xiàn)零排放。燃料電池電動汽車（FCEV）則可以在需要延長范圍的大型和重型車輛和卡車上表現(xiàn)良好，并成為原有電池電動汽車的續(xù)航“充電寶”。然而，純電動有重量、成本、環(huán)境影響和充電時間長等問題，燃料電池有很高的熱管理要求，不太堅(jiān)固和耐用，燃料電池要求的氫氣純度需要大于99.9%，均需要使用貴金屬做電極，目前其成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)，尤其是對于使用環(huán)境和成本要求極為苛刻的卡車運(yùn)輸行業(yè)，讓普及變得投入巨大且遙遙無期。

相對于改變驅(qū)動機(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)使用了百余年的歷史，并得到了成熟服務(wù)體系的廣泛支持。堅(jiān)固耐用的發(fā)動機(jī)可以在多塵環(huán)境中工作，也可以承受劇烈振動，有各種規(guī)格和配置。從汽車制造商和車隊(duì)運(yùn)營商的角度來看，轉(zhuǎn)向氫發(fā)動機(jī)傳動系統(tǒng)涉及更加熟悉的零件和技術(shù)。

此外，在技術(shù)特性層面更加值得注意的是電動機(jī)的扭矩，它在低電機(jī)轉(zhuǎn)速時非常高，但隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而雙曲減小。而電動機(jī)的動力（功率輸出）是用一條平線表示，因?yàn)槊總€電動機(jī)都有一個恒定的額定功率，以避免過熱和防止損壞電線絕緣。相比之下，內(nèi)燃機(jī)的扭矩隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而或多或少保持不變 （特別是對于增壓發(fā)動機(jī)的情況），氫發(fā)動機(jī)在更高的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下有更大的功率輸出表現(xiàn)。因此，對于那些往往花費(fèi)大部分時間來搬運(yùn)最大負(fù)載的中重型卡車來說，內(nèi)燃機(jī)通常是理想且高效的選擇。

目前，氫動力內(nèi)燃機(jī)同樣是唯一已知的符合排放小于1gCO2/km嚴(yán)格歐盟規(guī)定的內(nèi)燃機(jī)。與柴油動力發(fā)動機(jī)相比，氫動力發(fā)動機(jī)排放的其他污染物種類的水平也要低得多。除了氫發(fā)動機(jī)釋放接近零的微量二氧化碳（來自環(huán)境空氣和潤滑油）之外，作為氫氣燃燒的潛在副產(chǎn)品的唯一重要污染物是氮氧化物（NOx)。然而，使用先進(jìn)的燃燒過程和相對簡單的后處理系統(tǒng)，氮氧化物的排放可以減少到接近于零。氫動力內(nèi)燃機(jī)的一個重要優(yōu)勢是，該技術(shù)可以在原有技術(shù)細(xì)節(jié)優(yōu)化的基礎(chǔ)上迅速進(jìn)入市場，因此在未來幾年可以逐步減少柴油汽車特別是中重型柴油卡車的使用，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度和成本遠(yuǎn)小于氫燃料電池系統(tǒng)。