4月，美国能源部（DOE）发布多项资助，共投入3.65亿美元支持可再生能源、核能、关键矿产以及碳捕集利用与封存（CCUS）技术研发。

一、可再生能源

1、海上风电。4月24日，DOE发布“国家和地区海上风电研究与开发”资助公告[1]，投入4800万美元支持海上风电技术研发，包括6个资助主题包括：浮动式海上风电平台研发，投入2000万美元开发浮动式海上风电系统，包括两个子主题：浮动式平台设计、制造和安装技术开发，下一代风力涡轮机/平台集成研究；海上风电底部固定式基础设计和配套设施创新，投入750万美元开发创新的固定式海上风电基础设计和安装方法，使工厂、港口、船舶能够适应各种尺寸的风力涡轮机；鸟类和蝙蝠监测技术，投入800万美元，改进海上风电设施附近鸟类和蝙蝠的监测技术；五大湖地区海上风电制造和供应链联盟，投入500万美元，利用五大湖区的工业能力支持制造、技术创新和劳动力发展；浮动式海上风电卓越中心，投入350万美元支持一个由大学牵头的海上风电中心，与其他研究机构、非政府组织、部落和政府合作，提高浮动式海上风电项目的有效性、可靠性和可持续性；海上风电场免受雷击研究，投入400万美元研究雷电对浮动式和固定式海上风电的影响，以降低未来运营和维护成本。

2、生物燃料。4月10日，DOE宣布投入1880万美元，支持研发将海藻和其他湿废物原料转化为生物燃料和生物产品的技术^[2]，旨在推进建立藻类生物质供应链，发展美国生物经济。包括2个资助主题：①将海藻转化为低碳燃料和生物产品。该主题重点关注实验室规模研发，将海藻以及海藻与其他湿废物的混合物转化为可再生燃料和生物产品，包括可大规模应用的海藻保管和存储方法，准确、快速的海藻成分分析方法，有效利用最低限度加工海藻或现有行业海藻废物流的微生物菌株开发，海藻酶促降解为可发酵糖或其他分子的优化方法，海藻或海藻混合物的水热液化技术；可克服湿法原料挑战的其他热化学或混合转化方法。②藻类生物质转化为低碳农业生物产品。该主题领域支持利用工业或公用事业来源的CO₂种植微藻和大型藻类，以生产低碳生物产品，尤其关注用于农业和动物饲料的生物产品的转化和加工，CO₂来源可能是供热排放，以及水泥生产、天然气设施、钢铁生产和固体燃料发电排放。

二、核能

4月15日，DOE宣布向25所美国大学、2个国家实验室和1个行业组织提供超过5900万美元资金^[3]，以支持核能研究和开发，并提供使用世界一流研究设施的机会。资助包括：

1、大学核能研发。4400万美元资助44个以大学为主导的核能研究和开发项目。

（1）先进制造技术，共资助2个项目：研究热等静压过程中颗粒间的演化如何影响含铝钢的断裂韧性；通过多尺度高通量实验及建模方法了解增材制造核反应堆钢材的蠕变行为。

（2）先进核材料，共资助4个项目：通过实验和建模对熔盐-石墨孔隙相互作用进行高保真表征；评估核反应堆环境中不锈钢316H的耐熔盐腐蚀性能；采用聚合物衍生陶瓷方法开发二氧化锆内核替代颗粒的碳-碳化硅涂层；开发碘捕集的吸附剂再生和回收材料和工艺，以及将含碘吸附剂转化为废物的技术。

（3）乏燃料管理选址，共资助2个项目：发展尊重社区参与、基于同意的选址；了解影响公众参与质量和程度的因素，用于临时存储设施选址决策。

（4）现有核电厂优化，资助1个项目：用于轻水堆发电的耐事故燃料开发。

（5）核燃料，共资助5个项目：辐照固体和环形铀-锆燃料的三维微观结构成像和导热率演化比较研究；二氧化铀和掺杂二氧化铀燃料中裂变气体释放的机理研究和建模；碳化硅/碳化硅复合材料包壳管的各向异性导热性能研究方法及表征；轻水堆和先进反应堆正常运行和事故条件下，铬涂层对碳化硅纤维增韧碳化硅复合材料包壳结构的性能影响研究；钼对FeCrAl合金中α'相析出和位错环形成的影响研究。

（6）许可、安全和保障，共资助5个项目：根据堆芯探测器测量推断流动条件，以加速小型模块化反应堆的许可；开发一种创新的材料核算和控制技术，基于“标签剂”概念，在燃料制造过程中采用“设计保障”的方法，以填补先进核反应堆核燃料追踪和跟踪方面的技术空白；开发和示范一种高效、高空间分辨率的3D涂硼稻草管探测器阵列，用于在热处理操作中对核材料进行无损钚测定；通过强化学习提高动态概率风险评估的计算效率和可用性；开发微量热探测器的高保真蒙特卡罗辐射传输模型，用于近实时表征和分析放射性核素成分。

（7）测量、监测和控制，共资助4个项目：开发用于核反应堆系统监测的磁致伸缩导波传感器；开发和验证能够量化熔盐反应堆成分和热行为的在线监测仪器；使用超声波传感器对核石墨微结构中熔盐浸渗行为进行原位评估；通过光纤声发射传感器监测陶瓷燃料的破裂。

（8）建模与仿真，共资助2个项目：在多物理学面向对象仿真环境中，开发基于物理信息的高斯过程并行代理模型，以促进多尺度和多物理建模；开发用于蒙特卡罗输运的非结构化自适应网格算法。

（9）非常规和非电应用，资助1个项目：设计和测试用于高温波特兰水泥熟料生产的微型核反应堆。

（10）核燃料回收，共资助2个项目：溶剂盐中不同氧化态镧系元素和锕系元素离子的化学和物理行为预测及分离和回收技术研发；利用过氧化碳溶液开发一种用于废铀基燃料的预处理和批量分离方法。

（11）反应堆开发和工厂优化，共资助5个项目：通过球床反应堆中的实时跟踪优化燃料策略和材料监控；氚-石墨相互作用对核反应堆正常运行和瞬变工况下的物理特性影响；碳化硅复合棒模块化快堆中强迫冷却加压损失和强迫冷却减压损失事故的实验研究和计算模型；用于微反应器的钠热管设计和故障模式评估；石墨与熔融氟化燃料盐之间的界面相互作用研究。

（12）乏燃料、废物科学及废物综合管理系统，共资助4个项目：开发人工智能和机器学习工具集以指导吸附数据采集，并将这些数据纳入对核废料储库性能评估的不确定性量化中；研究高温对用于隔离高放核废料和乏核燃料的粘土层的不均匀性和蠕变行为的影响；开发用于修复干式屏蔽罐璧结构的线性和非线性共振超声光谱无损检测技术；开发多价锕系元素溶解度和形态随温度和离子强度变化的热力学模型。

（13）战略性需求，共资助3个项目：使用超快光谱推进熔盐堆的基本建模；核反应堆不同形状管道的两相流流体动力学研究；核工程应用中两相流的界面解析实验验和数值研究。

2、多学科团队研究项目。900万美元资助3个项目，以解决核能领域的具体研究挑战和能力差距，包括：优化核反应堆散热概念/装置设计，通过建模、原型构建和测试进行检查和演示，以降低成本和风险；先进反应堆燃料中裂变产物热力学稳定性的实验研究；通过基于液体冶金的颠覆性技术制造氧化物弥散强化钢，并进行微观结构表征、室温和高温机械测试、离子辐照、中子辐照以及辐照后检查。

3、核科学用户设施使用。①为1个行业组织和2个国家实验室提供世界一流核科学研究设施的访问权限，以维护现有反应堆并推进下一代核技术，包括：支持美国电力研究院进行辐照轻水堆压力容器钢断裂性能的无损评价研究，支持洛斯阿拉莫斯国家实验室进行微型反应堆和空间核反应堆部署的先进氢化物慢化剂辐照研究，支持西北太平洋国家实验室进行快堆高剂量中子辐照对回火马氏体钢的辐射损伤研究；②4个团队将获得660万美元核科学用户设施使用资金，包括：支持北卡罗来纳州立大学进行高熵合金的辐射效应研究；支持俄勒冈州立大学进行辐照类型对增强镍铬基合金有序性的作用机理研究；支持伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校开展商用压水堆中316不锈钢挡板螺栓的辐照辅助应力腐蚀开裂特征研究；支持密歇根大学进行光学传感器和仪器材料辐照后随时间变化的透射率测量研究。

三、清洁交通

4月4日，DOE能效与可再生能源办公室（EERE）宣布资助4580万美元，推进清洁交通技术的研发、示范和部署^[4]。包括6个资助主题：开发超越最先进磷酸铁锂正极材料的下一代磷酸盐基正极材料，并基于该材料研制高能量密度电池；推进钠离子电池技术研发，解决电极、电解质的关键挑战；开发和验证可显著减少温室气体排放和能源使用的非道路车辆概念；开发和部署车联网技术，重点关注交通网络的高效和便利性，同时减少对环境的影响；开发满足驱动电机及其组件的频率、厚度、延展性、成本和可制造性要求的电工钢；电动汽车充电网络安全技术，分为两个子主题，一是研发示范电动汽车及充电基础设施安全聚合所需的相关系统、技术和工具，以提供大规模安全电网服务，二是研发和验证全面评估电动汽车/供电设备/充电设施是否符合相关标准协议及网络安全态势的工具和程序。

四、关键矿产及原材料供应链

1、矿物到材料供应链设施。4月2日，DOE宣布投入7500万美元支持“矿物到材料供应链设施”（METALLIC）项目，以建立关键矿产供应链研究基础能力[5]。该项目由美国能源部国家能源技术实验室牵头，艾姆斯国家实验室、阿贡国家实验室等8家国家实验室参与，将建立一个创新生态系统，利用国家领先的能力来加速关键矿物和原材料技术开发，降低商业化风险。重点开展5个方面的研究：为各种技术和材料提供设施，在多个规模和各种工艺配置下进行原型设计、测试及验证，缩短新技术的开发时间；开发和验证新型材料，用于从低浓度原料（低至万亿分之一）中提取关键矿物和材料；设计关键矿物和材料对环境影响小的制造方法，降低使用强度，提高提取效率，提升原料混合及回收的加工容差性；开发制造先进合金，减少使用关键矿物和材料；验证处于不同成熟度阶段的技术，降低新技术的采用风险等。

2、关键矿物提取。4月18日，DOE宣布投入近800万美元资助5个研发项目，以支持采出水以及与油气开发、燃煤发电相关废水的管理，从中提取关键矿物和材料[6]。资助项目包括：煤炭燃烧废水和燃煤发电固体废弃物中稀土元素等有价值元素的表征和回收技术；采出水净化及锂资源回收的高效膜蒸馏和吸附工艺；采出水净化及有价值元素回收的强化膜蒸馏和金属萃取方法；采出水中表征和回收有价值元素和矿物质的创新方法；采出水再利用的新工艺，包括用于回收有价值矿物、固碳和灌溉水。

3、稀土和其他关键矿物生产。4月23日，DOE宣布投入1750万美元支持4个项目，以开发利用煤炭及其废料和副产品生产稀土和其他关键矿物和材料的先进技术^[7]，包括：进行中试规模测试，以获得富含稀土元素以及关键矿物和材料的水溶液；利用酸性矿山排水生产高纯度稀土元素和关键矿物氧化物，并将稀土氧化物进一步加工成稀土金属；从酸性矿山排水中回收稀土氧化物、关键矿物和材料混合物，从中提取稀土金属，并生产碳酸锂、镍、钴、锰和钛；使用实验室规模设施示范从褐煤衍生的稀土元素精矿中提取和生产高纯度镓和锗。

4、关键矿产供应链。4月24日，DOE宣布投入6000万美元用于创建区域团队，支持利用煤和煤副产品、油气开发过程的废水以及酸性矿山排水等非常规和二次原料开发新型高值、碳基非燃料产品，建立关键矿物和材料供应链[8]。此次资助将支持由私营部门、大学、政府、社区、部落等组成的联合团队，针对美国8个区域[9]开发并实施策略，以实现关键矿物和材料、高价值非燃料碳基产品的经济潜力，重点将进行7个方面的工作：区域资源评估；制定和实施策略以整合和利用区域基础设施、行业和企业；制定和实施行动以促进利益相关者参与、劳动力培养；建立区域技术创新中心以开发和验证相关技术；制定最佳实践指南；与其他区域合作，开发使用相关技术、运输和基础设施的最佳协调方法；开发非常规资源关键矿产数据库。

五、碳捕集利用与封存

1、碳捕集与利用技术。4月18日，DOE宣布投入800万美元支持14个碳捕集与利用技术开发项目，将工业和发电设施的CO₂排放转化为有价值产品^[10]。

（1）从工业发电设施捕集CO₂生产藻类衍生品。包括6个项目：利用捕集的CO₂生产藻类生物质并转化为沥青产品；验证利用CO₂生产藻类饲料产品的能力；捕集烟气中的CO₂并生产用于化学品的藻类原料；从发电厂烟气中捕集CO₂并生产藻类，作为聚氨酯的原料；将啤酒厂废气中排放的CO₂转化为藻类生物质，用于生产动物饲料；培育微藻用于生产有机肥料和颜料等商业生物产品。

（2）富氧燃烧和化学链燃烧技术。包括8个项目：采用化学循环工艺来捕集和转化CO₂，以实现芳烃的可持续生产；开发富氧燃烧系统的概念设计，用于改造现有石灰回转窑，以提高石灰生产效率并减少碳排放；设计并验证一种双功能化学循环概念，在还原和氧化步骤中生产化学品并减少CO₂排放；基于化学循环技术实现经济高效的净零乙烯生产；研究利用碳中和生物质原料生产合成气，实现钢铁生产过程CO₂的完全捕集；进一步开发气体转换技术，作为化学循环工艺的替代方案，用于集成碳捕集和制氢应用；使用氢直接还原铁铁耦合化学循环工艺进行气化/制氢；利用加压富氧燃烧技术实现造纸行业蒸汽工艺脱碳。

2、非常规页岩油气储层CO₂强化驱油。4月24日，DOE宣布投入2320万美元支持2个项目，以评估在枯竭的非常规页岩油气储层进行CO₂强化驱油，实现永久碳封存的潜力[11]。包括：开展现场和实验室研究，以提高石油采收率，并测试在德克萨斯州米德兰盆地枯竭的非常规油藏中进行碳封存的可行性；开展实验室、建模和现场研究，将CO₂注入威利斯顿盆地巴肯地层的非常规储层，以提高石油采收率并实现碳封存。

（岳芳 秦冰雪 万勇 董金鑫）