美国军方为何押注氢燃料

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原文作者：Rick Harlow/NovaSpark Energy

美国海军陆战队士兵在 HyTEC（争夺后勤战术边缘氢能）原型系统的氢发生器上进行训练。

文章称，美国军方一直将能源置于其作战战略的核心位置。从二战中为机械化师提供燃料，到今天支持全球力量投送，能源是军事行动的生命线。

然而，战争的性质正在发生变化：未来对手会瞄准后勤，长供应线会给军事部署带来脆弱性，军方对分布式移动电力的需求从未如此之高。

氢燃料技术正在成为应对这些挑战最有前途的解决方案之一。氢能曾被认为是小众或实验性的，但现在越来越被视为军事行动的战略推动力，不仅作为替代燃料，而且是通往更强耐久性、灵活性和摆脱脆弱供应链依赖的途径。

对氢在增强军事能力方面作用的探索揭示了持续存在的挑战，并突出了能够在现场按需生产燃料、电力和水的大气制氢系统的作用。

军事优势

对于现代军队而言，能源系统不仅仅是为设备提供动力。它们还必须能够增强生存能力，最小化后勤足迹，并支持长时间、多领域作战。氢技术满足了这些需求。

要理解为什么军队正在投资氢能，考虑它在作战环境中释放的能力是有帮助的。主要优势包括：

减轻后勤负担

燃料后勤通常是军事行动中最危险和最昂贵的方面。运送柴油或 JP-8 的车队经常成为攻击目标，一旦将运输和保护成本计入，将燃料运入战区的成本可能达到每加仑数百美元。

氢，特别是通过从空气中提取水分的系统在本地生成时，消除了大部分这种负担。大气制氢平台设计用于在偏远或艰苦环境中运行，无需交付燃料甚至水即可在现场生产氢。

降低特征信号的作战

传统化石燃料发电机产生显著的热量和声学特征。在争夺环境中，这些排放可能损害隐蔽性并使部队暴露于目标打击之下。相比之下，氢燃料电池提供静音和低热量运行。

多任务灵活性

氢技术提供多输出解决方案：为无人空中、水面或水下系统提供燃料；为指挥所、情报监视侦察（ISR）传感器或掩体提供电力；以及通过大气生成和净化提供水。

无人和远程系统的耐久性

氢燃料电池可以将无人机（UAV）的续航时间从不到两小时延长到六小时或更长，并使大型 ISR 平台能够执行多日任务。本地生成确保即使在艰苦环境中也能获得氢。

与作战需求保持一致

国防部推动分布式作战、远征基地和弹性后勤，使氢特别相关。在减少供应链脆弱性的同时提供多种输出的系统直接支持这些作战优先事项。

除此之外，氢还提供环境和战略效益，包括减少温室气体排放，与国家气候目标保持一致，并利用商业部门的氢创新来支持军队，而无需承担所有开发成本。

技术和后勤挑战

虽然在军事行动中部署氢技术提供了显著的好处，但它也带来了一系列技术、后勤和文化挑战。成功将氢整合到作战环境中需要对障碍进行评估。

必须解决的一些关键问题，包括：

  • 储存和运输：氢必须被压缩、液化或化学储存，每种方式在重量、稳定性或复杂性方面都有权衡。

  • 加注基础设施：军事设施和远征部队需要坚固的加注和分配系统。

  • 现场生产：大气制氢系统从空气中的水分或处理过的水源中提取氢，通过在需要的地方生产燃料来解决这个问题。

  • 安全：氢需要强大的泄漏检测、通风和操作员培训。

  • 成本和生命周期：前期成本高于传统发电机，但生命周期节省和减少的后勤负担可以使投资物有所值。

规划和克服这些技术和作战挑战将为氢成为可靠和变革性的能源铺平道路。通过持续的创新、投资和部署，通往氢技术的道路是明确的，机会是无限的。

氢与供应链风险

能源供应线是未来对手的主要目标。每个车队、燃料库和油罐车都代表一个脆弱点。军方的目标是通过尽可能接近使用点生成资源来减少这种暴露。

按需制氢是这项努力中的强大工具。通过从环境空气或本地可用水中生产氢燃料、电力和饮用水，先进系统允许部署部队在没有外部供应线的情况下运作。这不仅增强了生存能力，还为指挥官提供了更大的作战灵活性。

集成电力解决方案

现代远征部队需要紧凑的模块化解决方案。集成氢生产、发电和水净化的系统降低了复杂性并提高了弹性。

大气制氢平台通过结合氢生产、持续电力、饮用水生成和压缩空气输出来体现这种方法。这些多功能平台取代了对单独发电机、水车队和燃料交付的需求。它们可拖曳、可空投且模块化，使其适用于远征部队、前沿基地和灾难响应场景。

军事案例研究和新兴项目

随着氢技术的持续增长，重要的是要注意最近的案例研究和新兴项目，它们突出了现实世界的进展。成功部署和测试的例子包括：

  • 海军研究办公室（ONR）氢战术加注点（H-TaRP）：展示了通过铝—水反应为海军陆战队使用的现场制氢。

  • 陆军 ZH2 燃料电池车辆原型，其中氢动力卡车展示了静音机动性、延长的续航里程和水副产品生成。

  • 国民警卫队演示：在警卫队设施测试了氢动力叉车和备用系统，以突出设施弹性。

  • 服役试验中的大气制氢系统：最近的演示展示了按需生成如何在单个可部署包中提供氢、电力和饮用水。

这些例子跨越不同的军种、气候和任务类型（从灾难救援到侦察），展示了对氢系统日益增长的信心。

图2

便携式 HyTEC（争夺后勤战术边缘的氢）氢燃料发生器装置在 2025 年太平洋作战科学与技术会议现场实验（POST FX）上展示

它们还突出了一个重要观点：氢技术不仅仅是理论上的，它们现在正在反映现代军事行动复杂性的现实世界情况中进行测试和开发。

前进之路

弥合有前景的演示与广泛作战部署之间的鸿沟将需要广泛的规划、协作和投资。为了扩大氢的采用，军方必须：

  • 扩大原型制作：在不同气候和任务组合中扩大现场试验。

  • 开发便携式基础设施：扩展模块化电解槽、加注器和分配套件。

  • 推进安全标准：确保坚固的泄漏检测和培训协议。

  • 整合到采购计划中：从演示转向正式的记录项目。

  • 利用两用进展：受益于航空、物流和基础设施方面的商业氢发展。

  • 嵌入学说：将氢后勤纳入分布式和争夺作战的战争游戏和作战规划中。

如果谨慎实施，这些项目将为氢成为军事能源战略的重要组成部分奠定基础。

结论

氢燃料技术正在从军事行动的边缘走向主流。它们为无人机提供耐久性，为前沿基地提供静音电力，并摆脱对脆弱车队的依赖。最重要的是，它们为在争夺环境中进行弹性作战提供了途径。

通过在单个可部署包中结合氢生产、发电和水净化，大气制氢系统代表了远征保障的新模式。

Rick Harlow 是 NovaSpark 首席执行官，在能源、国防、航空航天和公共部门部署关键任务技术方面拥有超过 25 年的经验。Rick 领导开发 NovaSpark 改变氢能如何为关键作战提供动力并支持远程无人系统。