图1 氨氢燃料改质关键材料与机制研究
在国家自然科学基金项目（批准号：T2241003）资助下，清华大学李骏院士团队联合北京航空航天大学、同济大学、武汉理工大学和佛山仙湖实验室等科研团队，展开重型车辆氨氢融合零碳动力系统基础研究。研究团队在基础科学问题和关键技术领域取得多项突破，并在国际上首次成功实现了重型商用车用氨氢融合燃料内燃机点火。
李骏院士研究团队提出了强化传质传热氨裂解和电化学氢分离创新方法，有效解决了固有氨裂解体系和传统氢分离方法体积大、能耗高、效率低的难题，填补了受限空间高效氨氢融合燃料反应理论与基础材料的空白（图1）。建立了液氨喷雾仿真模型，研究了喷射速度、湍流和空化效应因素对喷射特征的影响，提出了缸内直喷液氨燃烧室内氨制氢的新型燃烧方法，解决了氨在发动机中着火难、燃烧慢、大负荷爆震的问题，深入研究了氨氢燃料缸内燃烧污染物生成规律和机理，获得了不同条件下排气污染物的变化规律。
图2 氨氢融合零碳内燃机系统
研究团队和一汽解放联合开发了国内首台氨氢融合直喷零碳重型商用车内燃机（图2），于2023年6月28日成功点火运行。该机采用了液氨缸内直喷、主动预燃室氢氨混合气引燃技术，发动机排量13L，功率400kW，完全能满足重型商用车对高动力的需求。标志着研究团队在液氨内燃机设计、研制、燃烧系统构建、电控及氨氢燃料供给系统关键部件等方面迈出了重要一步。该技术突破为重型车实现双碳目标找到了新的技术路径，对于国家氨氢融合新能源科技创新起到了重要的引领和推动作用。