AIST 集团（统称米乐m6官方网站 (AIST) 和 AIST Solutions Co, Ltd (AISol)）与丰田自动工业公司 (Toyota Industries) 和 AIRMAN Corporation (AIRMAN) 合作，成功提高了氢发动机的输出并开始了示范测试，以将其作为工业机械的动力源迅速投入实际使用。
氢发动机，即使用氢气作为燃料的内燃机，在燃烧过程中产生二氧化碳2，因此有望有助于叉车和压缩机等需要高输出的工业机械动力源的碳中和。然而，就其实际用途而言，氮氧化物（NOX) 放电或适得其反等异常燃烧的发生等问题。
产业技术研究院与民间公司的联合研究发现，通过调整燃烧所需的空气量、控制燃烧温度，可以减少废气中的NO。X点火线圈和火花塞利用这项技术，我们开发了一种氢发动机，它是使用LP气体（液化石油气）作为燃料的量产基础发动机的改进版本，并成功实现了与基础发动机相当的最大输出。
丰田工业将在 2025 年日本移动展上展示新开发的氢发动机，该展会将于 2025 年 10 月 30 日至 11 月 9 日在东京国际展览中心举行。此外，AIRMAN 将在其新泻工厂开始对配备专为压缩空气供应设备（压缩机）量身定制的氢发动机的压缩机进行演示测试。
致力于建设脱碳社会，CO2正在推广中。其中，氢发动机是使用氢作为燃料的内燃机，其效率低于氢燃料电池，但其结构简单，有潜力利用现有发动机生产线、维护技术和供应链，预计将以低成本和短时间内推出。具体来说，预计将有助于利用叉车和压缩机等工业机械动力源的高输出和高耐用性的碳中和。然而，其实际应用面临诸多挑战。
氢发动机有两个主要技术问题：第一个挑战是否定的X的释放进入环境。否X是由暴露在高温下的燃烧场中空气中的氮和氧结合产生的，人们担心它会导致光化学烟雾和酸雨，对人体和植物的生长产生负面影响，因此即使在使用汽油和柴油等化石燃料的传统内燃机中，控制它也是一个问题。燃烧场产生NOX是氢发动机燃烧时废气中唯一存在的有害废气成分，其燃烧温度高于化石燃料，而NO与燃烧温度的升高有关X的产生。另一个挑战是控制氢的低能量点火和高燃烧速度特性引起的异常燃烧。发动机设计中需要对点火控制和进排气进行优化。
AIST 自其前身工业科学技术厅以来一直积极研究和开发氢发动机。由于迫切需要尽快实现脱碳社会，我们正在开展一系列全面的举措，从分析氢喷射行为和阐明异常燃烧现象，到与私营公司一起研发氢发动机。利用产业技术研究所的知识和实验设备（图1），产业技术研究所和丰田工业自2021年11月起开始对氢发动机进行联合研究，目标是将其安装在叉车上。从2022年12月起，AIRMAN将加入该集团，我们将开始新的联合研发，目标是在压缩机中安装氢发动机。
氢发动机的优点是易于使用现有的发动机技术，并且与氢燃料电池相比，它可以构建为更便宜的系统。为了利用这一优势，联合研究团队正在进行研发，目标是在量产的以液化石油气为燃料的火花点火发动机的基础上，以最小的硬件改动打造出实用的氢发动机。
图1氢发动机实验设备
氢气具有最低点火能量低、可燃范围广、燃烧速率高的特点。此外，由于其分子尺寸较小，因此比液化石油气和汽油等传统燃料更容易通过更小的间隙。因此，为了防止从发动机燃烧室逸出进入曲轴箱的氢气着火，曲轴箱通风系统，我们安装了一种机制，可将曲轴箱中的氢气浓度控制在大约2%或更低（低于这个值，因为氢气的可燃范围为4%或更高）（图2）。
另外，在以液化石油气、汽油等碳氢化合物为燃料的燃烧领域，离子较多，因此火花塞的残余电压是在正常点火后通过放电释放出来的，但在氢燃烧领域，离子较少，绝缘性较高。结果，火花塞中残留有电压，导致火花突然飞到不想要的地方并导致氢气燃烧的异常燃烧。这会导致回火，燃烧火焰在进气门关闭之前返回到进气管。因此，通过优化点火线圈和火花塞，我们成功地控制了异常燃烧，实现了发动机输出的增加。此外，稀薄燃烧（在燃料完全燃烧所需的最小空气量的两倍的情况下燃烧）抑制了燃烧温度，减少了废气中的NOX生成已被显着抑制（浓度约为 20 ppm）。
作为 AIST 和丰田工业公司联合研究的结果，我们将这些技术结合到了实用水平，并于 2022 年成功开发了氢发动机，与联合研究中生产的原型机相比，其输出功率增加了约 180%，并且与基础发动机的液化石油气规格相比，实现了相同水平的最大输出（图 2）。
此外，在 AIST、丰田工业和 AIRMAN 之间的三方合作研究项目中，配备有专用控制系统调谐的氢发动机的压缩空气供应机（压缩机）已完成，并于 2025 年 9 月 5 日在 AIRMAN 总部举行了点火仪式。我们计划在 AIRMAN 新泻工厂内开始对该氢发动机压缩机的演示测试，并努力找出问题并建立实用技术应用程序。
图2改进型氢发动机示意图
氢气是建设碳中和社会的重要且有前途的燃料。我们将继续研发氢发动机，进一步提高产量，防止异常燃烧，提高耐久性，以减少物流、工厂、建筑工地等的二氧化碳排放。2我们将继续为行业做出贡献，以实现使用零排放电源的碳中和产品的商业化和社会实施。
日本科学技术协会
丰田工业-AIST先进物流合作研究实验室Kohei Kuzuoka，合作研究实验室副主任（主管：节能技术研究部，发动机系统研究组，首席研究员）
Norifumi Mizushima，节能技术研究部发动机系统研究组研究组组长（兼任丰田工业-AIST先进物流合作研究实验室，联合研究实验室）
可再生能源研究中心辻村卓首席研究员（兼任：丰田自动织机-产业技术研究院先进物流协同研究实验室及协同研究实验室）
Mitsuharu Oguma，能源过程研究部研究主任（兼任丰田工业-AIST先进物流合作研究实验室、合作研究实验室）
丰田工业-AIST先进物流合作研究实验室 Kota Tanaka 特别强化研究专家（研究）
丰田工业-AIST先进物流协同研究实验室 Kazuhiro Maseto 指定密集研究专家（研究）