氢气用作内燃机燃料，听起来前景很好。燃烧产物只有水，按质量计算能量密度是汽油三倍，现有内燃机生产线稍加改造就能继续使用七成以上原有设备。但把氢气放进发动机稳定工作，会遇到一连串互相纠缠的难题，解决一个，就会连带触发别的问题。
先说燃烧特性。氢气燃烧特性和汽油柴油差别巨大，点火能量很低，可燃混合气浓度范围很宽，接触微弱热源就会自燃。放到发动机内部，意味着还没等到火花塞点火，混合气就提前燃烧，也就是早燃。回火问题更加棘手，进气道内氢气被缸内残留高温气体引燃，火焰反向烧回进气歧管，轻则爆鸣，严重时损坏进气系统。进气道喷射氢内燃机很难规避回火，氢气和空气提前在进气道混合，相当于把可燃混合气放在进气管道。缸内直喷方案可以缓解，但高压喷射系统属于技术难点，国内相关设备大量依赖海外供应。
而且氢气火焰传播速度过快，缸内压力上升剧烈，高负荷工况爆震几乎无法避免。相关研究显示，柴油掺氢双燃料模式，高负荷工况氢气能量占比只能控制在6%到25%，上限由爆震限制。发动机标称可以使用氢气，高负荷下大部分能量依旧依靠柴油供给，替代率存在明显局限。
这类异常燃烧现象和功率输出相互制约。抑制爆震、早燃常用手段是稀薄燃烧，通入过量空气减少氢气比例，降低缸内温度。稀薄燃烧会拉低功率密度。氢气本身体积能量密度偏低，占据进气容积，挤占空气，氧气不足就没法输出大功率。实测最高平均有效压力大约只有传统涡轮增压汽油机一半。想要提升功率就要增压，增压提升缸内压力温度，爆震早燃再次出现，陷入循环。
排放层面还有容易忽略的问题。氢气燃烧不会产生二氧化碳，这点属实。但火焰温度高，空气中氮气和氧气高温反应，生成氮氧化物。稀薄燃烧可以降低氮氧化物排放，废气再循环比例提高之后，未燃烧氢气排放上升，过量空气系数超过2.4的时候尤为明显。控制一项污染物，另一项污染物指标就会上升。
车载燃烧只是第一重难关。氢气储存与加注，才是更大的难题。常温常压氢气密度只有每立方米八十九克，想要满足续航，必须高压储存。目前主流方案是七十兆帕高压气态储氢，七十兆帕大约等于七百个大气压。储氢瓶采用多层缠绕碳纤维复合材料，需要足够强度承受高压，同时控制自重，杜绝泄漏。储氢瓶制造成本高昂，占据整车成本很大一部分。
液氢方案储氢密度更高，但氢气液化温度是零下二百五十三摄氏度。液化过程消耗大量能源，车载液氢还会持续蒸发，停放在地下车库存在安全隐患。还有低温压缩储氢作为折中方案，降温至零下五十三摄氏度，加压到三十至七十兆帕，储氢密度相比高压气态提升四成，但核心材料成本比高压容器高出五成，每公斤氢气加注成本增加三成到五成。
无论选用哪一种储存方案，氢脆这个材料难题都无法避开。氢分子体积极小，可以渗入金属晶格缝隙，造成金属脆化开裂。储氢瓶内胆、阀门、管路长期接触高压氢气，材料性能持续衰减。现有天然气管网改造输送氢气，大量老旧碳钢管道无法承受。推广氢燃料不只是改造车辆，整套能源输送基础设施都要更新。
继续追溯，氢气原料来源。全球大部分氢气来自煤制氢或者天然气重整制氢，成本大约每公斤十到十五元，但生产过程排放二氧化碳。真正环保的绿氢依靠可再生能源电解水制备，成本每公斤二十五到三十五元，是灰氢两倍以上。中国氢能联盟数据，生产端氢价约每公斤二十七块五，到消费端上涨至四十五块，中间接近十八元差价全部消耗在储运环节。氢内燃机百公里氢耗大约十公斤，折算每公里成本超过三元，高于柴油。
加氢站建设成本是普通加油站数倍。加氢机、压缩机需要耐高压、抗氢脆，核心部件价格昂贵。长管拖车运输氢气，拖车钢瓶自重，远大于装载氢气重量，大部分运力消耗在运输容器。加氢站点数量不足，买车用户变少；用户数量少，建站收益不足，这个循环暂时没有破局办法。
标准法规也是隐性阻碍。氢气燃料质量、泄漏测试、储氢系统安全规范，各国标准差异大，跨区域认证通过率低。国内已经发布多项氢能国家标准征求意见稿，整套体系仍在完善。车企需要适配不同地区法规，合规成本高，产品上市节奏容易受到影响。
市场竞争层面，乘用车领域纯电动车已经形成规模效应，充电网络建设速度超过加氢站，电池成本持续下降。氢内燃机现阶段更多瞄准重载商用车、长途干线、矿区港口这类纯电难以覆盖的场景。这个赛道，氢内燃机可以沿用现有内燃机产线降低制造成本，但竞争对手除柴油之外，还有氢燃料电池，燃料电池在能量效率和零排放纯度方面更有优势。氢内燃机想要站稳脚跟，必须同时攻克成本、可靠性、基础设施三大难题。
总而言之，氢气作为内燃机燃料的核心阻碍，并不是单一技术无法突破，而是各类难题互相锁死。燃烧特性带来早燃爆震，只能限制功率；想要提升功率就要增压，增压再次诱发异常燃烧。储氢密度不足，只能高压存储，高压带来材料和成本难题。想要降低燃料成本，只能选用碳排放高的制氢路线。单独看每个环节都有可行方案，全部叠加在一起，成本、复杂度、工程难度在短期内很难消化。