根据 David J. Gorsich 博士和 André Boehman 博士发布的一份报告，美国陆军仍然依赖碳基燃料，而碳基燃料可能仍将是主要燃料。
陆军地面车辆系统首席科学家 David J. Gorsich 博士和密歇根大学机械工程教授，该大学 Walter E. Lay 汽车实验室主任 André Boehman 在其报告中指出，陆军的要求要求最高的能量——密度燃料与最低的质量和体积相结合——汽油和柴油仍然胜过替代能源。
陆军科学家的报告研究了为什么美国陆军不更广泛地使用替代形式的能源和动力系统来减少其车辆的燃料使用量?
特斯拉正在制造大型半卡车，UPS 和联邦快递也开始订购这些车辆用于送货业务。随着电池成本的大幅下降以及充电时间和续航里程的相应提高，整个汽车行业似乎都在向电气化方向发展。随着所有主要汽车制造商都转向混合动力汽车和电动汽车，很容易感到困惑并想知道为什么陆军远远落后。
事实是，陆军并不落后。它拥有所有这些领域的专家，他们在军用车辆的替代能源和混合动力方面进行了 20 多年的研究。事实上，陆军快速能力和关键技术办公室最近授予 BAE 系统公司一份价值 3200 万美元的原型协议，将混合电力驱动系统集成到布拉德利战车上。该开发计划是陆军提高车辆效率和促进发电以支持未来技术的整合并提高战场上战车机动性的努力的一部分。
然而，最重要的是，陆军没有单方面决定改用替代燃料是有充分理由的。陆军有一套独特的作战要求，目前满足这些要求的燃料源所含的能量，按重量计算，不及柴油或汽油。也没有一种替代形式的能源可以在船上携带或产生，在大小或体积方面，至少是天然气和柴油的 4 到 10 倍。陆军地面舰队的电气化(例如，通过在战术车辆上部署集成启动发电机)非常重要，但它仍然依赖柴油作为主要能源。
该分析侧重于能量密度(系统中每单位体积存储的能量)、能量转换以及质量和体积要求，以确定它们与当前来源的比较。完整的技术论文由 Andrew Mansfield 等人在能源资源技术杂志上发表。该论文题为“评估用于军用车辆平台的常规和替代能源载体”，于 2020 年 8 月 31 日在线发表。
这项研究建立在过去主要通过美国陆军混合动力电动汽车试验和评估计划进行的研究的基础上。要了解陆军为何仍依赖柴油和汽油，我们需要了解陆军的要求、作战环境以及能量如何储存并转化为车辆运动。
这是通过一个从能量载体开始的过程来完成的，能量载体是一种物质(燃料)或“物质状态”，可以储存能量，以后可以转换为其他形式，如机械功或动力。我们使用术语“能量载体”是因为它指的是可以以多种形式存在并且可以从一种形式转换为另一种形式的能量。这种载体可以包括弹簧、飞轮、电池、压缩空气、氢气、石油、煤、木材和天然气。飞轮是一种旋转机械装置，用于存储旋转能量，当能量源(例如来自发动机的扭矩)是间歇性的时，可提供连续能量。
因此，能量载体是车辆的车载能量储存器，通过转换装置(例如内燃机、电动机或燃料电池)将其转化为有用的机械能。这个过程提供了可以驱动车辆变速器的机械能，然后可以产生动力，使得：
能量载体 → 转换装置 → 机械能
有几类适用于运输的能量载体，即那些可以合理地存储在车辆上的能量载体，例如化学和机械能量载体。本分析中考虑的各种能量载体和转换装置如下图 1 所示。它们是：碳氢燃料(天然气或柴油)、电池、超级电容器、氢(燃料电池)和飞轮。
电池和超级电容器(类似于电池的电化学装置，但设计用于产生非常高的比功率，即用于混合动力汽车的再生制动)通常在能量和功率方面进行比较。与具有更高功率密度(系统可以释放的能量的速率)的超级电容器相比，电池具有更高的能量密度(系统可以存储的能量)。
这使得超级电容器特别适合相对快速地储存和释放大量电力，而电池能够长时间储存大量能量。
关键的军事要求假设燃料需要运输到战场，因此需要重量轻的高能量密度燃料，以及一种发电方式。这是因为一个典型的士兵会携带四到五个电子设备——未来这个负担可能会增加一倍——如果没有发电，这些设备将毫无用处。即使士兵可以携带大量电池，现代锂离子 (Li-ion) 电池也无法满足需求。
图 2 总结了商业能源载体的性能特征和有前途的未来技术，并说明了柴油和汽油燃料的明显优势。它们是迄今为止使用最广泛的能量载体，并与具有不同商业化水平的内燃机或燃气轮机结合使用。
商业化 (COM) 是指特定技术的大众市场可用性。一般来说，一种技术越便宜，陆军使用的范围就越广。因此，商业化程度越高((↑)表示增加，(↓)表示减少)，燃料在陆军车辆中的应用就越实用。随后，它成为我们最佳能量载体选项中的一个因素，新方程如下：
(能量载体 + 转换装置)+ (↑) COM = 机械能(最佳性能特性)
成本、可靠性和商业化等因素强烈影响图 2 中某些选项的有用性。 典型燃料(括号中给出了商业化的难易程度)可以是液体，例如煤油(高)、柴油(高)、汽油(高)和乙醇(中);或气态，例如甲烷和天然气(中到高)。锂空气(Li-air)电池和氢气属于中到低性能电池，具有与燃料相似的能量密度，但比能量低一个数量级。锂离子(中到高)和镍氢(Ni-MH;高)电池以及飞轮(高)处于性能的低端，能量密度和比能量值低一个数量级与高性能电化学能量载体相比。
镍氢电池在市场上已经非常成熟，而锂离子电池最近才商业化。锂空气电池(低)是一种非常有前途的未来技术，但尚未商业化。
过去十年中的许多全电动或部分电动汽车都使用镍氢电池。较新的电动汽车制造商，例如特斯拉，已选择使用锂离子电池。
考虑的转换设备是内燃机、电动机和燃料电池。它们的性能特征可以在图 3 中看到，它显示了每个电源的实际性能与其功率输出的测量结果。电动机具有最高水平的性能，但是，正如我们之前看到的，它们连接到没有足够存储能量来维持军事应用的电池。汽油和柴油内燃机次之，甲烷发动机处于最低水平。
考虑替代能源载体时的另一个重要因素是需要多少车辆空间来运输必需的燃料以及运行和为车辆系统提供充足动力所需的所有辅助设备。
为了评估和比较每个替代能源载体大约需要多少机载空间，研究人员通过比较与高机动性多用途轮式车辆 (HMMWV) 和每个载体相关的能量载体体积和动力系统质量来评估近似空间要求。中型战术车辆系列 (FMTV) 平台。图 4 说明了两个车辆系统的各种单和双混合动力载体的预测总动力总成质量和能量载体体积。结果表明，柴油和汽油燃料显然是两种车辆系统的最佳能量载体，具有最低的动力总成质量和低能量载体体积。
对于图 4 左侧图中的单个能量载体和右侧图中的双混合载体(柴油 + 电池或超级电容器)的结果都是如此。在双混合能源载体中，柴油燃料 + 锂空气混合动力显然是最佳的，考虑到相对较小的质量和体积增加，产生最大的混合动力(50% 柴油和 50% 锂空气)。这些结果还清楚地表明，锂离子和锂空气电池技术相比传统使用的镍氢电池具有巨大的优势。
军用车辆替代能源载体的主要候选者将包括优化的燃料源和转换装置、高度的商业化以及尽可能小的系统质量和体积。一般而言，较小 (↓) 质量和体积 (M&V) 替代方案可提高车辆的运行效率，因此成为我们方程式的一部分，如下所示：
(能量载体 → 转换装置)+ (↑) COM + (↓) M&V = 机械能(最佳性能特性)
对于单能源和双能源系统中的电池，这里考虑的三种替代能源技术导致总动力总成质量和能量载体体积大不相同——远大于柴油燃料系统。使用镍氢电池导致总质量比柴油燃料系统大 15 到 22 倍，能量载体体积大 25 倍。锂离子电池是对镍氢电池的显着改进，其总质量仅比柴油燃料系统大 4.5 至 7 倍，能量载体体积大 4 倍。
即使有了这种改进，柴油燃料系统的大量质量和体积增加对其实施提出了重大挑战，因为驱动性能和可用体积可能会急剧下降。与使用锂离子电池的更典型的 1,000 英里续航里程相比，使用锂离子电池的特斯拉半卡车在 300 至 500 英里的短续航里程中，对类似大型车辆中锂离子电池系统的大质量和体积增加的影响很明显。一辆柴油半卡车。
相对于柴油燃料，氢气和甲烷产生的总动力系统质量相似，但能量载体体积要大得多(3-5 倍)。这突出了气体燃料能量密度低的主要问题，并表明在现有和近期技术水平上，如果这些燃料用作军用地面车辆的单一能源载体，其可用有效载荷承载能力的很大一部分(量)会丢失。
陆军有一套独特的要求，目前除了作为主要能源载体的天然气或柴油之外的任何东西都无法更好地满足这些要求。考虑到柴油内燃机的高扭矩性能，从总动力总成质量(能量载体+转换装置)和储存的能量体积来看，柴油燃料显然是陆军地面车辆平台的最佳能量载体。
军事应用对能量存储系统和能量密度提出了共同和独特的挑战，在质量和体积方面，并且是商业和军用储能系统的关键挑战。军事应用的储能系统必须能够在低温和高温(零下 46 至 88 摄氏度)以及比商业系统更大的冲击和振动条件下可靠地存储和运行。用于军用储能和输出电源解决方案的冷却系统因其必须承受的恶劣环境条件而变得复杂。因此，这种组合方案继续推动陆军转向液体燃料及其物理特性。
未来，为了让陆军考虑在整个舰队范围内进行全面的、远离碳氢燃料的变革，它需要制定非常详细的战略和逐步获取任何新技术的途径。这还没有发生，因为在替代能源载体成为全面使用的可行选择之前，仍有太多障碍需要解决。就规模和范围而言，陆军不太可能在未来 10 年内转变为其他方面。虽然替代发电现在以多种不同的形式存在，但在大规模陆军使用时，替代燃料还没有准备好迎接黄金时期。
