當燃料電池遲遲無法普及,較務實的氫燃燒引擎可能更值得關注

汽車產業投入了大量資源發展氫燃料電池(Fuel Cell),原本期待它能與純電動車共同成為零碳交通的重要支柱。然而,直到2026年,氫燃料電池乘用車的市場規模仍遠低於預期,高昂成本、加氫基礎建設不足,以及車輛售價居高不下,使燃料電池始終無法真正跨越商業化門檻。在此背景下,一條曾被認為只是過渡技術的路線:氫內燃機(Hydrogen Internal Combustion Engine,H₂ ICE),如今反而重新受到重視。根據《日經亞洲》報導,日本與歐洲多家引擎製造商開始積極投入氫燃燒引擎開發,希望利用現有柴油與汽油引擎技術,大幅降低氫能車輛導入成本,成為燃料電池之外更具經濟效益的替代方案。

相較於重新打造整套燃料電池動力系統,氫燃燒引擎最大的優勢,在於可以延續內燃機數十年累積的製造基礎。對全球汽車供應鏈而言,這代表現有引擎工廠、加工設備、生產線,以及大量零組件供應商,都不必完全淘汰,只需針對汽缸、燃油噴射、點火系統與控制軟體進行修改,即可生產氫燃燒引擎。這樣的特性,對目前仍高度依賴內燃機產業的日本尤其具有吸引力。日本擁有全球最完整的引擎製造供應鏈,包括大型車廠、零組件供應商,以及大量中小企業。如果未來完全轉向純電動車,不僅意味著數十年的技術累積可能被淘汰,更可能造成整體就業與產業結構劇烈調整。因此,日本政府近年持續推動「多元技術路線」,希望純電、燃料電池、插電式混合動力以及氫燃燒引擎能同步發展,而不是押注單一技術。

從成本角度來看,氫燃燒引擎最大的優勢就是「便宜」。燃料電池系統需要大量高成本材料,例如白金催化劑、燃料電池堆、高壓控制系統,以及更複雜的熱管理設備,因此整體成本始終難以下降。反觀氫燃燒引擎,大部分零件仍可沿用傳統引擎架構,不論是研發成本、生產成本或維修體系,都比燃料電池更成熟。這也是近年包括重型卡車、工程機械、農業機具甚至船舶製造商重新投入氫燃燒技術的重要原因。尤其在商用車市場,企業最在意的往往不是能源效率,而是總持有成本(TCO)。若能利用既有引擎平台改用氫燃料,不但可保留快速補充燃料的優勢,也能避免全面改採純電動車所需的大型電池與充電設施投資,因此對長途運輸、建築工程及礦業設備而言,具有相當吸引力。

不過,氫燃燒引擎並非沒有缺點。最大的技術挑戰,在於它並不是嚴格意義上的「零排放」。雖然氫燃燒後主要產生水,但由於燃燒過程仍是在空氣中進行,高溫會使空氣中的氮氣與氧氣結合形成氮氧化物(NOx),因此仍需額外透過燃燒控制與排氣後處理系統降低污染。換句話說,氫燃燒引擎可以大幅降低二氧化碳排放,但無法像燃料電池那樣真正做到零污染排放。

此外,真正決定氫能是否具有環保價值的,其實並不是車輛本身,而是氫氣來源。目前全球絕大多數氫氣仍來自天然氣重整或煤炭製造,真正利用再生能源電解水生產的綠氫比例仍相當有限。如果氫氣本身仍來自高碳排能源,即使車輛本身沒有二氧化碳排放,也只是將排放轉移到上游能源生產階段,因此整體減碳效果有限。從能源效率來看,氫燃燒引擎也不如燃料電池。燃料電池可直接將氫轉換為電能,再驅動馬達,因此能源利用效率明顯高於直接燃燒;而氫燃燒引擎仍受限於熱力循環效率,其整體能源利用率較低。因此,若未來綠氫供應仍然有限,高效率的燃料電池仍可能是更合理的應用方式。

然而,汽車產業的發展從來不只是技術競賽,更是成本、供應鏈與市場接受度的平衡。過去十年,全球車廠普遍認為燃料電池將成為氫能交通的唯一答案,但市場發展證明,昂貴的系統成本與緩慢建置的加氫站,使燃料電池車始終難以形成規模經濟。相較之下,氫燃燒引擎雖然效率較低,也無法完全消除NOx排放,卻能以更低成本、更快速度導入市場,特別是在重型商用車與工程設備等對能源效率敏感度較低的領域,更具實際競爭力。

從更宏觀的角度來看,這波氫燃燒引擎重新受到重視,也反映全球能源轉型策略正逐漸從追求最佳技術,轉向追求最容易落地的技術。對許多車廠而言,未來真正的競爭,可能不再是純電動車與燃料電池二選一,而是依據不同市場需求,形成純電、插電式混合動力、燃料電池與氫燃燒引擎並存的多元動力架構。換句話說,氫燃燒引擎或許未必會取代燃料電池,但它很可能成為氫能商業化過程中,最先真正實現大規模應用的解決方案。