4月5日，美国能源部（DOE）化石能源和碳管理办公室（FECM）发布《化石能源和碳管理在实现温室气体净零排放中的作用》战略愿景报告^[1]，重点针对7项化石能源技术主题提出未来研发方向。

一、点源碳捕集（PSC）

1、天然气发电厂点源碳捕集技术。包括：支持前端工程设计（FEED）研究，并通过CarbonSAFE项目支持现有天然气发电厂脱碳或碳捕集（CCS）中心；通过多种点源碳捕集技术组合以优化成本和性能，小型和大型试点项目的性能验证；支持开发和扩大低碳供应链和低碳建筑材料生产的点源碳捕集技术，以及使用低碳燃料的先进天然气发电技术；通过跨领域项目扩大天然气发电厂的点源碳捕集技术应用规模，并将其与长期碳封存或转化、生物质碳去除和封存（BiCRS）、储能等技术集成；提升动态过程建模、技术经济性评估和生命周期评估能力。

2、工业应用点源碳捕集技术。包括：支持与CarbonSAFE项目（短期）或区域中心项目（长期）相关的前端工程设计研究；通过试点项目验证工业设施中的燃烧前和燃烧后点源碳捕集技术，以提高成本和性能，并量化该技术的协同效应（标准污染物去除）；开发利用低碳原料和燃料完全集成的工业点源碳捕集工艺；通过跨领域项目在工业设施中扩大点源碳捕集技术应用规模，并与工业过程、长期碳封存、碳转化和碳去除相结合；通过生产低碳建筑材料来满足低碳供应链需求。

二、二氧化碳转化技术

1、藻类转化 。包括：通过整合碳捕集或中间输运过程开发新的二氧化碳转化机制，以提高生产力和转化效率；与生物能源技术办公室的先进藻类系统计划合作，更好地分析现有藻类系统性能，包括成本、转化能力、纯度和消耗率，以确保藻类转化技术发展到商业规模；与生物能源技术办公室合作，通过提高产品产量、促进许可和解决消费者问题等手段加速生物产品的市场渗透。

2、催化转化。包括：重点关注利用现有供应链的转化途径，如聚合物膜电解质电解技术，以工业可行为前提开发新催化剂或改进现有催化剂，进行大规模反应器设计并整合催化剂研究，建立基准以标准化扩大催化剂规模；通过二氧化碳转化生产非传统产品，例如具有C-C键的产品，如碳纳米管、聚合物和乙烯等。

3、矿化技术。包括：进一步了解碳酸化和水合的相对速率以控制碳酸化或固化反应；调查采矿废物和采出水等作为矿化反应的碱度来源；设计将碳捕集与矿物碳酸化技术集成的工艺；推进测试并满足美国材料与试验协会（ASTM）或美国国家公路和运输协会（AASHTO）的规范和标准。

三、二氧化碳去除技术

该领域研发示范活动将重点关注设施规模和系统规模的碳去除设计和部署，尤其是与开发和部署区域中心相关的分析、设计和实验研究，包括在地质、地理、社会和经济方面的约束和潜力。

四、专用、可靠的碳封存和运输技术

1、扩展可靠的碳封存基础设施。包括：将CarbonSAFE项目扩展至碳封存综合项目，开发商业容量超过5000万吨二氧化碳的碳封存综合设施；建立碳封存技术和运营研究设施，该设施为长期碳封存现场实验室，可测试新的监测技术，验证模拟工具并示范通过机器学习实现先进运行控制和决策，以配合CarbonSAFE项目设施的运营；将陆地和海上油田基础设施重新用于二氧化碳运输和封存，具体包括对现有井筒的表征、评估和管理，重新利用酸性气体管道，表征用于碳封存的储层，以及用于监测二氧化碳羽流、储层压力和井筒完整性的仪器设备；加速封存资源的评估和表征，通过减少不确定性和完善现有的国家和地区封存资源评估，提升数十亿吨封存资源的商业可行性水平。

2、二氧化碳运输基础设施规划。包括：为建立健全、安全和高效的国家级二氧化碳运输基础设施制定最佳计划，该规划过程将纳入广泛的利益相关者，包括与煤炭、发电厂附近和其他弱势社区成员的互动，以识别和解决环境正义问题；支持管道设计研究，解决优化管道路线的其他技术问题，确定与材料和缓解泄漏相关的研发差距，并估计投资成本。

3、支持研发以提高碳封存和运输的性能和可靠性。包括：将碳封存项目数据与机器学习相结合，以推进技术部署，包括通过“以科学为依据的机器学习加速碳封存实时决策”（SMART-CS）计划支持可增强实时可视化、预测以及虚拟学习能力的技术，以提高项目绩效并为决策提供信息，通过“国家风险评估伙伴关系”（NRAP）项目验证地质封存相关风险评估技术，从而提高运营商、监管机构和公众的信心；支持开发提高封存性能和完整性的技术，包括高分辨率地下成像，影响地震活动的地下应力条件研究，探测和解释井筒附近和盖层上方的二氧化碳迁移，改进地下压力管理策略。

五、氢能及碳管理

1、氢能存储及分配基础设施。包括：氢能安全研究（短期，6个月内），评估氢燃气轮机、氢燃料固体氧化物燃料电池（SOFC）以及通过天然气重整、固体燃料气化或固体氧化物电解槽（SOEC）批量生产氢气的安全问题；用于长期储能的地质储氢研究（中期，5年内），将与DOE其他部门合作开展储氢设施材料、地质特征、安全法规和技术经济性评估等研究；区域清洁氢中心（中期，10年内），通过部署氢基础设施区域中心以形成规模经济，包括通过二氧化碳、氢气和增值化学品的生产、运输和存储加速清洁氢能中心部署，实施成本分摊的试点项目并建立示范规模设施以验证其技术经济性等；部署先进制氢技术（长期，20年内），将利用CCS等技术使用碳基原料开发先进制氢方法，包括工艺优化、材料改进和系统集成等。

2、配备CCS的模块化气化制氢。进一步研发废塑料（或城市固废）、生物质和废煤的共气化技术，降低成本并实现模块化生产，将示范用于清洁制氢的10~25兆瓦联合气化技术，结合CCS到2050年实现净零或负温室气体排放。

3、可逆固体氧化物燃料电池。将与DOE氢能和燃料电池技术办公室合作，示范模块化可逆固体氧化物燃料电池系统，以根据电网需求生产氢气或电力。

4、氢燃气轮机。将示范利用现有火电厂设施验证下一代清洁制氢和氢燃气轮机技术，尤其关注验证使用混氢及纯氢燃料的燃气轮机的低氮氧化物（NO_x）燃烧技术。

5、清洁氢中心。将选择至少4个区域清洁氢中心进行开发，其中至少有一个中心将示范配备CCS的碳基燃料制氢。

六、关键矿产

1、资源表征及技术开发。将开发新的方法、工具和技术，用于识别和评估利用美国各地非常规资源和二次资源可持续生产关键矿产和含碳矿石的质量（如成分和杂质）和数量，特别是与化石能源社区相关的地区；将开发新的先进表征、分析和评估技术，包括地球物理方法、新型地球化学传感器、地理空间统计方法、数据分析以及人工智能和机器学习技术，以实现对特定地点资源的定量评估。

2、可持续资源开采技术开发。将重点关注开发新技术和先进技术，以实现从非常规资源和二次资源中经济高效且可持续地生产稀土元素/关键矿产，包括：通过传统开采技术的进步、改进和优化，以在未来几年内大规模提升其环境、成本效益；评估和开发变革性技术，如微生物工艺、原位矿物开采、二氧化碳辅助分离等，目标是在2032年之前准备好大规模部署。

3、加工、精炼和合金化技术开发。将推进环境友好和经济高效的加工技术，包括开采、纯化和还原、精炼和合金化技术，以生产包括稀土金属在内的高纯度关键矿产，以及制造高价值碳产品；将专注于开发具有成本效益和环境友好的加工设施，这些设施可使用来自非常规资源和二次资源的原材料和加工材料，且具有足够的灵活性，可与其他原料一起使用，并为多种有价值的最终用途生产材料。

4、标准及供应链技术开发。将参与跨领域活动，促进与关键矿产的标准和贸易政策相关组织的国际合作。

七、甲烷减排

重点关注：识别、表征和盘点废弃井和相关管道及基础设施；测量、估计和跟踪与废弃井相关的甲烷等气体的排放；确定废弃井封堵、修复和重用的优先次序；明确与废弃井的堵塞、修复和重用相关的成本。 （岳芳）