美国投入85亿美元支持发展清洁能源及脱碳技术

作者: 2024-06-14 15:16 来源:
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3月,美国能源部(DOE)共计投入85亿美元,支持发展储能、清洁能源、电网、碳捕集技术,并支持能源和排放密集型行业脱碳。

一、7.5亿美元支持发展清洁氢能

313日,DOE宣布根据《两党基础设施法案》拨款,投入7.5亿美元支持52个清洁氢能技术开发及制造项目[1],旨在加速发展本国清洁氢能供应链,助力实现氢能的大规模部署。

1、低成本、高通量电解槽制造。3.16亿美元支持8个项目,聚焦新型制造工艺(如自动化制造)实现更大的规模经济、可加工性和放大设计、保持电解槽性能和耐用性的质量控制方法、减少关键矿物载量、报废回收和可回收性设计。具体资助项目包括:电解槽低成本制造;质子交换膜电解槽全自动制造工艺开发;吉瓦级电解槽组建制造和电堆组装;下一代质子交换膜电解槽电堆制造工艺的开发和试点示范;新型多层膜电极组件设计开发;固体氧化物电解槽低成本高产量制造;高温电解槽制造技术放大及示范;创新自动化制造技术的开发和示范。

2、电解槽组件和供应链开发。8100万美元支持10个项目,重点支持美国本土供应链关键电解槽组件(包括催化剂、膜和多孔传输层)的制造和开发需求。具体资助项目包括:开发和扩大经验证的先进液体碱性电解槽设计;质子交换膜电解槽的先进多孔传输层设计和制造;稳定、无孔阴离子交换膜的工艺扩大;用于质子交换膜电解槽的耐用高性能膜;具有先进多孔传输层的高通量阳极;微波增强和窑炉设计实现固体氧化物电解槽快速、节能且经济高效的热处理;用于液体碱性电解槽的纳米纤维分离器;质子交换膜电解槽析氧反应催化剂的放大和验证;多孔传输层非贵金属涂层开发;用于高性能固体氧化物电解槽连续制造的超快高温烧结工艺。

3、先进技术和组件开发。7200万美元支持18个项目,重点示范满足性能、寿命和成本指标的电解槽的新型材料、组件和设计,以降低成本并减轻供应链风险。具体资助项目包括:加速低温离子传导固体氧化物电解槽的发现、设计和制造;用于稳定、高性能、无支撑电解质的碱性交换膜电解槽先进电极;高性能、耐用型质子传导固体氧化物电解槽的先进材料;用于缓解氢气渗透的先进质子交换膜;中温质子陶瓷电解槽的先进材料及运行条件;有机阳离子增强薄膜力学性能;易于制造和界面工程的高效耐用质子传导固体氧化物电解槽开发;质子交换膜电解槽的耐用、高比功率析氧反应催化剂/电极;阴离子交换膜电解槽的耐用低成本易制造组件;用于液体碱性电解槽的耐用超薄隔膜;用于质子交换膜电解槽的高性能全氟磺酸质子交换膜;基于工程二氧化铈电解质的高效耐用低温离子传导固体氧化物电解槽;固体氧化物电解槽高稳定性电极;高可靠性、耐用的固体氧化物电解槽;用于高电流密度液体碱性电解槽的非铂族金属催化剂合成工艺;低成本阴离子交换膜电解槽技术开发;低温高效耐用质子传导固体氧化物电解槽的电极设计;耐用型质子交换膜电解槽低铱载量催化剂的可扩展制造工艺。

4、燃料电池组件和电堆的先进制造。1.5亿美元支持5个项目,通过研发支持美国低成本燃料电池的高产量制造,使不同燃料电池制造商和供应商能够灵活解决面临的挑战,以扩大规模并实现规模经济。具体资助项目包括:质子交换膜电解槽电极组件制造及电堆自动化组装;燃料电池电堆的高速制造;燃料电池的高通量制造及电堆组装和最终测试;面向北美市场的膜电极组件和电堆组装商业化;重型车辆用质子交换膜燃料电池电堆组装和验收测试的集成自动化工艺。

5、燃料电池组件和电堆的先进制造。8200万美元支持10个项目,通过研发解决国内燃料电池材料和组件供应链中的关键缺陷,并开发先进技术减少或消除对全氟烷基和多氟烷基材料的需求。具体资助项目包括:重型车辆燃料电池先进碳氢化合物质子交换离聚物和膜放大工艺及电极优化;巴拉德下一代柔性石墨双极板生产线;博世双极板批量生产工艺工业化;气体扩散层基板的垂直一体化制造工艺;双极板高速生产系统;先进碳载铂/铂合金催化剂的批量生产和验证;碳氢聚合物电解质制造工艺;非织造布燃料电池气体扩散层的制造工艺扩大;中/重型车辆质子交换膜燃料电池金属催化剂新型碳载体的可扩展创新制造工艺;先进催化剂制造工艺。

6、回收和再循环联盟。5000万美元建立一个由工业界、学术界和国家实验室组成的联盟,以开发创新和实用的回收技术方法,解决燃料电池和电解槽的报废和关键供应链挑战,实现清洁氢能材料和组件的回收、循环和再利用。

二、4.25亿美元支持煤炭地区发展清洁能源

38日,DOE宣布通过“先进制造和回收补助计划”投入4.25亿美元支持现有和废弃的煤炭社区发展清洁能源制造业,并推进其生产设施脱碳[2]

1、清洁能源制造和回收。旨在改造现有制造或回收设施,提高清洁能源转型所需材料、部件和整体设备的国内制造和回收能力。重点关注发展国内供应链:电网,包括晶粒取向钢和其他电工钢、连续换位导线、碳纤维、铜线、大型电力和配电变压器、高压直流输电线路(包括水下输电线路)、电力电子设备;风能,包括钕和镝合金、钕磁体、大型铸件、锻造环和轴、海上和陆上风力涡轮机叶片及其他部件;电动汽车或燃料电池汽车,包括充电/加氢设备、非电池组件;关键矿物和材料,重点是天然和合成石墨。

2、工业脱碳。旨在通过大幅减少现有和新建设施的材料用量,以及使用低碳材料,减少美国制造业的温室气体排放。关注主题包括:为现有工业或制造设施重新配备大幅减少温室气体排放的设备,包括:低碳或零碳过程加热系统,碳捕集、运输、利用和封存系统,与提升能效和减少工业过程废物排放有关的技术,显著减少温室气体排放的任何其他工业技术,如电气化、使用清洁替代原料或燃料转换技术、材料效率或替代材料、新的工艺装置或化学方法;新建、重新配备或扩建现有制造或回收设施,大幅降低碳强度,包括如下行业:水泥、混凝土或辅助凝胶材料,钢铁,铝,玻璃,氨,有机化学品。

三、4.75亿美元支持矿区清洁能源部署

321日,DOE宣布为亚利桑那州、肯塔基州、内华达州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的5个项目提供4.75亿美元,支持矿山清洁能源部署,助力采矿业脱碳[3]。具体资助内容包括:投入8000万美元支持亚利桑那州铜矿能源系统升级,将在该州东南部的两个铜矿部署地热能结合电池储能的微型电网,以减少使用备用发电机;投入8100万美元支持肯塔基州煤矿改建,将该州的废弃煤矿区改造成287兆瓦闭环抽水蓄能水力发电设施,日发电量约为2165兆瓦时,可在电力需求高峰期或极端天气事件期间提供长达8小时的电力供应;投入9500万美元支持内华达州金矿能源系统升级,将在该州的两个金矿部署太阳能光伏阵列,并配套电池储能系统,在运营期间可减少350万吨采矿作业产生的CO2排放;投入9000万美元支持宾夕法尼亚州煤矿改建,将该州的废弃煤矿改造成公用事业规模太阳能光伏设施,装机容量为402兆瓦,用于填补霍默市燃煤电厂关闭后的电力缺口,并为阿巴拉契亚矿山太阳能项目提供示范;投入1.29亿美元支持西弗吉尼亚州煤矿改建,将该州的两处废弃煤矿改造成公用事业规模太阳能光伏设施,装机容量为250兆瓦,建成后可供应3.9万户家庭用电。

四、6.94亿美元支持核能研发

311日,DOE披露其2025财年预算申请,其中包括为核能办公室拨款6.94亿美元进行研发活动[4]。主要包括5个方面:1.88亿美元用于高丰度低浓铀(HALEU)的持续供应,支撑能源部当前的研究与示范项目;1.43亿美元用于先进反应堆示范计划中的BWXT先进核反应堆、eVinciTM微反应器等5个先进反应堆项目,另有5600万美元用于在国家实验室建设新的测试设备、1650万美元用于Marvel微反应堆测试平台制造、1800美元用于LOTUS测试平台;1.43亿美元用于支持高校和企业研发新兴核能技术;3200万美元用于推进先进数字工具研发和核反应堆制造,利用最新的人工智能和机器学习等工具来优化反应堆性能;800万美元用于在非洲、亚洲、中欧和东欧等主要市场建立区域清洁能源培训中心,为希望发展或扩大民用核能项目的地区提供能力建设培训和专业发展机会。

五、6200万美元支持研发电池回收技术

328日,DOE宣布投入6200万美元支持17个电池回收项目,确保国内电池制造供应链发展,减少对新材料的需求。其中,4010万美元用于提高消费电子电池回收的经济性,共资助7个项目:示范电子垃圾中电池自动表征和分类的技术经济可行性,包括人工智能和自动分拣技术,效率比现有技术高25%;消费电子设备安全低成本运输和处理技术开发,包括将相变材料和聚合物气凝胶用于阻燃包装,开发电池安全粉碎或自动拆解设备,以及氧化锂钴分选技术;开发、验证和部署用于消费电子电池运输和回收的电池粉碎和电解液去除集成系统;部署5个机器人操作单元以改进报废笔记本电脑电池的拆解流程,可至少将拆解速度提升50%;开发自动化、集成的分类和预处理解决方案,可更快、更低成本回收报废消费电子电池;开发低成本模块化系统,利用人工智能从城市固废中收集和回收报废电池,可回收废物中95%的电池并对电池分类,准确率达到95%;开发清洁且经济的低温热处理方法来预处理消费设备中的报废锂离子电池,并进行中试规模设施的示范。

此外,还资助了扩大消费者对电子产品回收的参与以及制定收集消费电子电池的计划,如设计和实施电池可持续性和储能教育和推广平台促进消费者参与,加强乡村和部落电池收集站的电池安全收集等。

六、4400万美元发展清洁可靠电网

319日,DOE宣布投入3400万美元支持11个项目,推进发展基于风能、太阳能的清洁可靠电网,同时宣布1000万美元资助机会以增强清洁能源与电网的互连[5]

1、提高清洁能源电网可靠性。在“基于逆变器的资源管理和未来电力系统可用性的操作和规划工具”资助计划框架下,投入3400万美元支持11个项目,旨在开发先进规划和运营工具,实现太阳能在电网中更优化、更可靠地集成和利用。资助项目包括:未来电力系统的规划工具,包括2个项目,将可再生能源纳入电网规划的先进方法,以及管理未来电网不确定性的规划工具;电网运营中的波动性管理,资助6个项目,包括开发电网运营规划平台、用于分布式能源资源整合和电网运营波动性管理的运营和决策工具、用于风险评估和控制室运营的运营风险平台、可再生能源主导的输电网络协调运行的综合管理解决方案、高保真多尺度的数字孪生,以及创新的电网弹性、建模和技术解决方案;面向电网运营商的系统健康和风险快速评估工具,资助3个项目,包括开发和示范具有大量可再生能源资源的大规模电力系统的健康状况动态评估工具、用于电网运行的分布式测量平台以及基于云的数据驱动工具。

2、应对清洁能源并网挑战。启动1000万美元的“太阳能和风能互连未来传输”资助机会,旨在改进软件工具,使可再生能源发电设施的互连研究更加高效,并为开发商提供输电系统特性的关键数据。关注主题包括:改进可再生能源资源互连研究的电磁暂态仿真效率,将改进软件工具,以详细、准确地预测太阳能、风能和储能系统等对现有电网运行可靠性的影响;动态稳定性增强网络评估工具,将资助电网运营商开发工具,为利益相关者提供与稳定性、电压和电网强度等相关的输电系统特征数据,同时保护敏感的能源基础设施信息。

七、5000万美元支持直接空气碳捕集示范

327日,DOE清洁能源示范办公室(OCED)宣布投入超过5000万美元[6],支持“区域直接空气碳捕集(DAC)中心计划”Cypress项目的第一阶段活动,包括规划、设计以及社区和劳工参与等。在《两党基础设施法案》支持下,“区域DAC中心计划”将开发4DAC中心,示范商业规模技术。其中,Cypress项目旨在整合路易斯安那州的多个DAC设施,每年捕集至少100万吨CO2,并将CO2永久地质封存。该项目牵头机构为应用科学和技术非营利组织Battelle,参与机构有DAC技术提供商Climeworks公司和Heirloom公司。Climeworks公司采用固体吸附剂碳捕集和热再生技术,Heirloom公司则利用石灰石吸收CO2

八、60亿美元支持能源和排放密集型行业脱碳

325日,DOE宣布,为20多个州的33个项目提供60亿美元资金[7]以推动能源和排放密集型行业脱碳,增强国家制造业竞争力。这些项目重点关注高排放行业,如铝和其他金属、水泥和混凝土、化工和炼油、钢铁等。

1、化工和炼油。12.12亿美元资助7个项目:3.32亿美元支持埃克森美孚公司对Baytown烯烃工厂进行降碳改造,在高温供热燃烧设备中采用新型燃烧器,使用氢燃料(氢气含量最高达到95%)替代天然气实现乙烯生产的脱碳;3520万美元支持ISP Chemicals等公司在Kentucky化工厂部署供热电气化解决方案,示范可扩展、易部署的电制热及储热系统;9500万美元支持陶氏化学公司在美国墨西哥湾沿岸设计和建造一个碳捕集与利用设施,每年可从环氧乙烷生产中捕集约10万吨CO2,用于生产锂离子电池电解质溶液;3.75亿美元支持伊士曼化学公司在美国德克萨斯州朗维尤市建造一个新型塑料回收设施,可将通常被填埋或焚烧的废弃塑料及织物产品转化为优质聚对苯二甲酸乙二酯(PET),用于生产包装、薄膜和纤维,该设施还将与太阳能、储热等设施结合,实现过程热的脱碳;1亿美元支持美国Orsted P2公司利用工业设施中捕集的CO2生产甲醇,将使用电催化制甲醇方式减少80%以上的碳足迹;2亿美元支持T.EN Stone & Webster Process Technology公司和朗泽科技公司示范一种集成工艺,利用捕集的CO2为原料,通过生物发酵和绿氢生产清洁乙醇和乙烯;7500万美元支持巴斯夫公司示范化工厂液体副产品的循环利用工艺,使用等离子体气化和可再生能源替代天然气燃烧,将液体副产品回收生产合成气或氢气等。

2、水泥和混凝土。15.53亿美元资助6个项目:1.89亿美元支持Brimstone Energy公司牵头的深度脱碳水泥项目,该项目将建造一个商业规模示范工厂,从根本上改变水泥制造方式,每年将生产14万吨脱碳硅酸盐水泥和辅助胶凝材料等其他副产品;8690万美元支持Sublime Systems公司建造一个超低碳水泥制造厂,该工厂使用丰富的硅酸钙基原料取代碳密集型石灰石,通过电化学而非高温方法生产行业标准水泥。5亿美元支持加州国家水泥公司实施Lebec净零水泥厂项目,该项目利用当地农副产品的生物质废料替代化石燃料,使用碳强度较低的替代品(煅烧粘土)替代熟料,生产石灰石煅烧粘土水泥;6170万美元支持罗阿诺克水泥公司石灰石煅烧粘土水泥生产项目,将示范利用广泛的多种粘土来替代水泥原料,可将碳强度降低约83%2.16亿美元支持Summit Materials公司实施低碳煅烧粘土水泥示范项目,示范在多个地区用粘土产品取代高排放石灰石水泥的可行性;5亿美元支持美国海德堡材料公司主导的米切尔水泥厂脱碳项目,将在该工厂建造和运行碳捕集、运输和封存系统,示范现有水泥厂脱碳的路径。

3、钢铁。15.03亿美元资助6个项目:5亿美元支持SSAB公司牵头建造使用纯氢燃料的氢直接还原铁(DRI)的商业规模设施,还将扩建SSAB公司爱荷华州蒙彼利埃的炼钢厂以使用DRI技术;5亿美元支持克利夫兰-克利夫斯钢铁公司建设氢直接还原铁工厂,并将俄亥俄州克利夫兰克里夫斯米德尔敦工厂的高炉更换为电熔炉;7500万美元支持美国铸铁管公司使用感应炉替代冲天炉以实现球墨铸铁管道生产工艺的电气化;7550万美元支持美国管材和铸造公司使用电感应熔炼炉取代焦炭炉,以消除炼铁过程中对天然气和焦炭的需求;2.83亿美元支持美国淡水河谷公司实施低排放、低温团聚铁矿石压块技术,可减少对工业热的需求并实现深度减排;7500万美元支持克利夫兰-克利夫斯钢铁公司高硅晶粒取向电工钢生产设施的电气化改造,使用感应加热炉替代原有高温再热炉。

4、铝和金属。9.35亿美元资助5个项目:2.7亿美元支持Wieland北美回收公司设计和改进先进铜回收设施,可回收各种铜废料和其他金属的混合物,将其转化为高纯度铜用于电动汽车和半导体生产;5亿美元支持世纪铝业公司设计建造绿色铝冶炼厂,该工厂将采用最先进的节能设计,并使用无碳能源,可避免传统冶炼厂75%的排放量;7500万美元支持Constellium公司部署美国首家零碳铝铸造厂,将采用低排放SmartMelt智能熔炼炉,使用清洁氢等燃料以降低排放;2230万美元支持Golden Aluminum公司升级铝工厂,将减少天然气消耗、提高工艺效率并回收超过15%的铝废料;6730万美元支持Real Alloy Recycling公司在建造美国首座零废物盐渣回收设施,该项目将在现有铝回收设施后端建设一个加工厂,将通常填埋的铝盐渣回收后再利用。

5、食品和饮料。2.67亿美元资助3个项目:2090万美元支持联合利华公司的4个冰淇淋制造工厂使用废热回收技术,并使用电锅炉和工业热泵取代天然气锅炉以降低排放;1.71亿美元支持卡夫亨氏集团利用热泵、电加热器、电锅炉、太阳能热利用、光伏、储热等一系列技术,对10个工业设施的供热方式进行改造升级;7500万美元支持Diageo Americas Supply公司、Rondo能源公司和国家可再生能源实验室,使用现场可再生能源和电锅炉驱动的热电池取代天然气供热,实现饮料行业的深度脱碳。

6、玻璃。2.45亿美元资助3个项目:4510万美元支持Libbey Glass公司使用可再生能源电力驱动的混合电炉取代蓄热式炉,可降低玻璃餐具制造过程中越60%的排放量;1.25亿美元支持O-I Glass公司在3个工厂建造4座脱碳玻璃熔炉,可减少废热及碳排放;7500万美元支持Gallo Glass公司建设一座示范混合电窑炉,可减少70%的天然气使用量。

7、工艺热。约1.97亿美元资助2个项目:1.45亿美元支持Skyven Technologies公司牵头开发工艺热即服务模式,通过电气化技术取代当前天然气锅炉实现使蒸汽供应的脱碳;5210万美元支持由科勒公司升级其浴缸和淋浴装置工厂,将新建电锅炉和微电网系统(由21兆瓦光伏和20.5兆瓦电池储能系统组成),示范工艺过程热减排的可行性。

8、纸浆和造纸。4660万美元支持国际纸业公司和Via Separations公司使用新型膜技术,实现纸浆造纸的热处理过程脱碳。

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[1] Biden-Harris Administration Announces $750 Million to Support America’s Growing Hydrogen Industry as Part of Investing in America Agenda. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-750-million-support-americas-growing-hydrogen

[2] Biden-Harris Administration Announces $425 Million to Decarbonize and Manufacture Clean Energy Products in Former Coal Communities as Part of Investing in America Agenda. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-425-million-decarbonize-and-manufacture-clean-energy

[3] Biden-Harris Administration Announces $475 Million Investment to Support Clean Energy Solutions on Current and Former Mine Land. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-475-million-investment-support-clean-energy

[4] 5 Key Takeaways from the FY25 Budget Request for Nuclear Energy. https://www.energy.gov/ne/articles/5-key-takeaways-fy25-budget-request-nuclear-energy

[5] DOE Invests $44 Million to Advance a Clean, Reliable Electric Grid. https://www.energy.gov/articles/doe-invests-44-million-advance-clean-reliable-electric-grid

[6] OCED Issues $50M to Direct Air Capture Hub Project Cypress. https://www.energy.gov/oced/articles/oced-issues-50m-direct-air-capture-hub-project-cypress

[7] Biden-Harris Administration Announces $6 Billion to Transform America's Industrial Sector, Strengthen Domestic Manufacturing, and Slash Planet-Warming Emissions. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-6-billion-transform-americas-industrial-sector


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