5月，美国能源部（DOE）先后投入2.93亿美元，支持开发清洁能源及其供应链、温室气体减排技术。

一、能源突破性技术

5月22日，DOE先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布新一期OPEN计划——“Vision OPEN 2024”^[1]，投入1.5亿美元支持开发能源领域突破性技术，旨在实现三大目标：无温室气体排放、资源丰富的一次能源；高效、可靠、低成本的能源高速输运网络；碳资源可持续转化。

1、无温室气体排放、资源丰富的一次能源。旨在通过创新为到2050年将全球一次能源转型至无温室气体排放提供途径，同时增加能源供应。关注主题包括：

（1）加速成熟技术的部署，如公用事业规模或分布式发电，重点关注：设计与制造，包括更易于运输和安装的新型组件设计（如模块化、分布式配置），以及减少制造时间或允许使用复杂结构及材料的新型制造方法（如增材制造）；可加快现场施工和组装的安装技术，包括机器人和自动化施工方法，以及新型多变量系统和模型。

（2）变革性技术，开发新兴无温室气体排放一次能源技术，以改善学习曲线并实现快速部署，重点关注：现有技术的突破性改进，包括提高增强型地热系统产量、功能或资源特征的技术，先进发电厂变压控制系统，新型聚变能概念等加速实现聚变能发电的关键技术，以及加速实现风力、波浪或其他流体驱动发电机部署的下一代技术；新型技术，开发尚未探索的新型一次能源供应形式。

2、高效、可靠、低成本的能源高速输运网络——多式联运能源高速公路。为了满足国家日益增长的能源需求，ARPA-E提出“多式联运能源高速公路”设想，目的是可靠有效地分配约13太瓦电力，这需要转型技术，通过建立新型能源输运系统和使用智能系统优化现有技术，实现大规模输运能力，灵活分配连续和波动性能源，不受地理位置的影响。关注主题包括：

（1）新型高效能源输运系统，该主题寻求实现低成本、可靠的海岸到海岸能源分配的颠覆性技术，重点关注：更高效输运电力的新技术，包括变压器、电缆设计和超导体等输电基础设施，以及配电基础设施创新（如交流或直流模式），实现发电端或用电端之间弹性和高效的电力流；利用新技术进行高效的化学品输送，包括新型管道和能源载体材料，以及运输氢/氨等可再生燃料的方法或途径；利用现有和新的基础设施进行能源输运，如基础设施新架构以支持未来能源输运，包括重新利用管道、电力服务和其他现有基础设施来输送能源，以及克服多种能源运输障碍的新技术方法；新型能源转换技术，以平衡动态能源供应，包括将能源相关材料转化为新的便于运输形式以平衡动态系统需求，以及在发电端和用电端通过电转化、化学转化或热过程将材料转化为可调度的能源。

（2）通过智能系统优化能源输运，该主题寻求颠覆性的先进计算和人工智能技术，以优化间歇性能源使用，保持能源网络的稳定性，重点关注：智能分配，开发与硬件接口的计算方法，利用新的和现有基础设施，优化间歇性供需分配；智能使用，实现能源智能使用的软件和硬件，针对灵活的需求和供应进行优化。

3、碳资源可持续转化。关注将碳转变为有价值材料的途径，通过改变碳投入（无温室气体碳原料的新来源）和产出（碳利用的新用途）的创新来实现。关注主题包括：

（1）生物转化技术，将植物和藻类开发为“炼油厂”，直接生产碳基产品而非由微生物糖转化。重点关注：合成产品，对植物和藻类进行改性以生产聚合物和材料中间体，包括利用植物生产中间体的育种或基因工程，产品产量和营养需求之间的权衡分析，以及促进中间体提取的工程方法；将植物和藻类产生的聚合物改性为功能聚合物，包括使用化学或微生物方法将天然多糖或木质素升级为功能聚合物的策略。

（2）炼油厂转型，将促进炼油厂向材料优先模式转变，同时降低排放并扩大材料产品的种类。重点关注：电化学过程集成，将电化学工艺集成到现有炼油厂或上游基础设施中，包括用低热电化学工艺代替高排放高温热工艺，如蒸汽裂解，以及开发可集成到现有炼油厂基础设施或上游的模块化设备；新型原料、工艺和产品，将炼油厂碳资源升级和转化为高价值产品的新方法，包括选择性升级特定碳氢化合物，将化石原料直接转化为固体碳产品，生产高价值碳同素异形体（石墨、碳纳米管、石墨烯），以及整合生物原料和可再生原料。

（3）碳基材料生产与利用，将开发碳纤维或碳纳米管等材料的制造及利用技术，有可能取代钢铁和铝等能源密集型材料，同时封存大气中的二氧化碳。重点关注：碳同素异形体的新型制造工艺，包括降低成本并增加已知碳同素异形体（如碳纤维、石墨、石墨烯、碳纳米管）产量的技术；新型应用技术，包括碳同素异形体的新应用，利用新能源技术、提高能效以减少排放，利用碳材料的高强度与轻质等特性替代碳密集型材料，同时稳定地封存碳。

（4）聚合物设计与改进，寻求实现可预测材料特性的可扩展、可回收聚合物，以及对现有聚合物进行可扩展改进的技术。重点关注：合成、表征和预测技术，包括开发可预测性能的可扩展、可回收聚合物，用少量材料可靠表征材料特性的工具，用于预测材料性能和指导微观结构设计的计算工具，以及能够快速筛选材料特性和加工条件的机器人和机器学习工具；塑料垃圾分解新方法，包括可扩展、低成本的新型机械、化学、电气、光催化和酶法工艺。

二、太阳能制造和开发

5月16日，DOE宣布投入7100万美元，支持扩大太阳能供应链的研发示范项目，并为太阳能应用开辟市场[2]。

1、晶硅太阳电池制造及下一代太阳能技术研发。2700万美元支持2个主题10个项目。

（1）硅供应链组件试点示范，包括3个项目：开发和制造用于生产晶锭的直拉式拉晶机及其辅助设备；开发经济高效的背接触n型太阳能电池，比钝化发射级和背面太阳能电池效率高26%；开发新型连续直拉工艺，显著降低制造成本。

（2）光伏综合利用技术，包括7个项目：开发、测试和验证屋顶集成光伏的光学、热力和能量模型；开发浮动式光伏系统的跟踪器组件；将太阳能面板安装在灌溉渠上方以产生可再生能源，并通过减少蒸发来节约用水；评估在肉牛放牧草场安装光伏基础设施对土壤健康、草场生长和肉牛性能的影响；开发高质量、高效的太阳能建筑一体化光伏组件；完善、制造和商业化新型屋顶集成太阳能支架系统；示范将高效、灵活、轻质的光伏模块集成至复合材料冷藏车并进行耐久性评估。

2、薄膜太阳电池研发和示范。4400万美元支持2个主题8个项目。

（1）促进钙钛矿串联光伏由研发向产业化制造发展，包括4个项目：设计钙钛矿-硅串联光伏组件以实现可靠的商业产品；设计效率为27%且易于制造的联钙钛矿和铜铟镓二硒化物（CIGS）串光伏组件；开发制造耐用、高效的钙钛矿-硅串联光伏组件，并在制造过程中加入测量以增强过程控制，同时测试模块耐用性；钙钛矿-硅串联光伏期间的空穴传输层稳定性研究和表征。

（2）提升先进碲化镉光伏组件的市场潜力，包括4个项目：开发一种创新提取方法来增加碲的供应，从铜精矿中上游过程中提取更多碲；碲化镉太阳能电池板的生命周期可靠性测试；碲化镉光伏模块高密度互连技术；创新非接触式碲化镉光伏组件缺陷检测技术。

三、氢气检测技术

5月22日，DOE先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布投入2000万美元，支持开发氢气排放检测和量化的先进技术[3]。重点开发和验证可检测氢气生产、运输、存储基础设施中的氢气泄漏，包括传感器、数据传输和量化分析、组件和建模、系统集成等，传感器包括主动式传感器和被动式传感器，旨在实现如下性能指标：准确估计100平方米范围内最低10千克/小时的氢气泄漏率，测量误差低于20%；对泄漏源的定位要在实际位置10米以内；检测区域的成本不超过10000美元。

四、增强锰供应链

5月17日，美国国防部（DOD）宣布通过“国防生产法案投资计划”（DPAI）向锰矿生产企业South32提供2000万美元[4]，资助电池级锰生产项目Hermosa，以减少电池材料的进口依赖。该项目是美国唯一的先进矿山开发项目，预估矿产资源量可达1.53亿吨，可生产电池级锰以及锌、银等副产品。该项目被设计为“下一代矿山”，将利用自动化技术等减少环境影响。此次资助将加快项目进度，比原计划提前两年交付矿石。项目完成后，South32将成为美国第一家可持续电池级锰生产商。

五、减少石油生产过程的火炬气

5月16日，DOE宣布向4个项目投入3200万美元，推进开发减少石油生产中的火炬气的技术，将排出的天然气转化为其他有价值产品[5]。具体资助项目包括：在北达科他州威利斯顿盆地的一个油井部署一座小型模块化天然气制甲醇工厂，将目前正在燃烧的滞留伴生气转化为低碳甲醇；在科罗拉多州丹佛-朱尔斯堡盆地的一个井场进行排放控制处理器的现场测试，该技术可替代现有设备，同时消除几乎所有的甲烷排放；在怀俄明州格林河流域等地油气井场开发和测试高温热交换器，从目前燃烧或排放的气体中回收热量；在北达科他州威利斯顿盆地的井场示范新型火炬气消除技术的经济性、气体捕集效率和性能。   （岳芳 秦冰雪）