虽然目前有许多可用或正在开发的、用于减少重型设备二氧化碳排放量的技术，但没有什么燃料比氢气更接近“净零”排放了。从各方面来看，它将成为未来的燃料，即使它直到本世纪中叶才被广泛采用。

眼下已经有两种不同的氢推进技术出现，它们具有两个截然不同的发展路径：

第一个是氢内燃机，它的技术原理是将压缩氢气通过燃料管路输送到内燃机的气缸中，通过火花塞点燃气缸中的气体，为传统的传动系统提供动力。

另一个是氢燃料电池，它由两个电极组成——一个负极，一个正极——夹在电解质周围。氢气被送入负极端子，空气被送入正极，产生化学反应，为驱动电动机的电池提供连续的电流。

无论使用哪种技术，只要机器或车辆中有氢气，它们产生的尾气排放就可以忽略不计，没有二氧化碳，只有少量的水蒸气。

氢气竟然有这么多种颜色！

眼下氢动力发展面临一个关键问题，那就是制氢的途径并不一定是“净零”的。当今最常见的制氢方法是天然气的蒸汽还原产生的，也即使用甲烷作为基础原料，通过蒸气甲烷重整（Steam Methance Reforming，SMR）使甲烷吸热转化为H2和CO。这是制造氢气的最便宜的方法，占氢气市场的96%，其中大部分供给农业和半导体行业。

业内用颜色区分不同的制氢方式，以及对环境的影响。黑色、灰色或棕色氢是来自化石燃料；蓝色氢也来自化石燃料，但它是使用碳捕获技术来减少二氧化碳排放。绿色氢则是用电解水制氢，它被誉为环保主义者最向往的圣杯。

电解水制氢，是将水中的氢气与氧气分离，这种制氢方式被寄予厚望，因为这种方式不使用化石燃料，还可以用再生能源，如太阳能或风能，来提供源源不断的清洁电力。事实上，核电也可以提供制造氢气所需的电力，但是，后者将受到部分区域政策限制，不能被广泛推广应用。

氢内燃机与氢燃料电池

长期以来，JCB一直看好氢动力设备的发展前景，并持续探索氢内燃机和氢燃料电池。“我们研究了许多不同的燃料，发现氢气更具潜力。”JCB首席创新和发展官Tim Burnhope说。

其中一个推动因素是氢燃料电池动力设备在城区作业非常实用，JCB已经有7台氢动力设备正在运行，它们的工地距离充电基础设施比较近。如果是一些远离电网（氢气充电站）的采石场等施工作业就没有那么幸运了，那里的设备承包商将需要投入更多的设施才行。

JCB于2020年5月发布首台氢燃料电池挖掘机220X，当时这台挖机已经在采石场进行了12个月的测试和评估，因此，JCB也给行业带来了一些实际工况的使用数据。

“氢燃料电池在瞬态响应方面有点迟钝。”Burnhope说，“他们需要复杂的电子设备来管理燃料电池和电机之间的电源，还需要去离子水和大容量的冷却装置，并且对灰尘和振动很敏感。”因此，在JCB看来，氢燃料电池对于目前的非道路机械工况来说过于复杂和昂贵。

尽管如此，几乎所有OEM制造商都在继续试验和探索氢燃料电池技术，特别是对于电池电机容量需求更大的大型设备和卡车。最近，三一推出了自卸车和搅拌车的概念机。沃尔沃建筑设备正在测试一款铰接式卡车。康明斯正在进行多款应用于道路和非道路机械的氢动力电池。现代工程机械在bauma 2022上首次推出了氢燃料电池驱动的HW155H概念挖掘机。

也许第一个商用氢燃料电池——Generac的EODev GEH2，该款发电机的静态特性表现突出——可以解决非道路设备应用过程中的部分难题，比如振动、污染和其他挑战。据悉，这款氢燃料电池已于从2022年第二季度开始由联合租赁进行销售。

氢内燃机技术发展迅猛

虽然大部分氢燃料电池技术仍在测试中，但氢内燃机提供与氢燃料电池几乎相同的环境效益，并且它的商业可行性更高，生产成本更低。氢内燃机保留了柴油发动机的基本结构——气缸、凸轮轴、缸体和曲轴——其顶端使用火花点火和燃油喷射。

在JCB，氢内燃机的研发已经进行了数十年，工程师们从无到有，构建自己的专用氢内燃机。目前，这些氢内燃机已经在JCB挖掘装载机和伸缩臂叉装车上得到应用，并于2021年5月首次亮相。

我们想出了一种全新的燃烧工艺，可以在超低压力和温度下工作，并且尾气非常清洁，简直难以置信。”Burnhope说，“我们有很棒的涡轮增压器，为发动机提供大量的空气。氢气可以产生更多的能量，我们可以最大限度地利用空气，同时最大限度地减少气瓶中的氢气。”

“除了活塞之外，气缸盖下方的所有部件都与我们的柴油发动机相同。”Burnhope说，“因此，我们70%的零部件和供应链都是现成的。”

低碳燃料内燃机或是通向未来的桥梁

康明斯非公路总监杰里米·卡森（Jeremy Carson）认为氢燃烧内燃机是柴油机的实际过渡。事实上，2022年康明斯已经公布其最新的燃料不限定（Fuel-Agnostic）平台，该平台可以兼容氢气、天然气、甲烷和其他生物燃料等。

康明斯将这些最新的燃料不限定（Fuel-Agnostic）——低碳燃料内燃机视为电池动力设备和燃料电池动力的过渡技术。Jeremy Carson还乐观地认为，氢内燃机将在近十年内会有不错的发展。因为这种新型“燃料不限定”发动机的前期成本将远低于全电动或燃料电池的研发，从而降低了进入门槛；同时，它使得OEM制造商的氢动力切换更加顺畅，也为氢基础设施的建设赢得时间。