美国能源部投入超10亿美元支持清洁能源和碳转化技术
6月,美国能源部(DOE)宣布多项资助,共计投入10.3亿美元支持清洁能源技术开发及二氧化碳高价值转化技术研发部署。
1、支持变革性能源技术商业化。6月25日,DOE先进能源研究计划署(ARPA-E)宣布在“有应用潜力的领先能源技术种子孵化”(SCALEUP)主题研发计划框架下,为4个变革性能源技术项目提供6350万美元资金资助[1],旨在推进关键技术研发,巩固美国在全球能源创新领域的领导地位,具体包括:中空玻璃的气凝胶生产,资助1450万美元,将开发用于高效制造中空玻璃的气凝胶装置,这种玻璃材料将使住宅和商业建筑更加节能,满足当前和未来建筑窗户节能目标;利用可再生能源电力为热电联产供能,资助1450万美元,将低成本可再生能源用于可靠的、按需供应的热电联产,助力工业部门脱碳;高能量固态锂金属电池开发应用,资助2000万美元将开发下一代固态锂金属电池,并加速在电动汽车市场的商业化应用;水泥脱碳生产,资助1450万美元,将开发一个现场试验设施,利用符合行业标准的原材料生产碳中性凝胶材料,以支持水泥脱碳生产。
2、推进清洁能源解决方案。6月17日,DOE宣布为其下属17个国家实验室的50个项目提供4140万美元[2],推进开发清洁能源解决方案,以加速推广有前景的能源技术。此次资助分为商业化赋能项目和特定技术合作项目两类,详情如下:
(1)商业化赋能项目。共8个,包括人工智能技术授权加速解决方案(ATLAS),将示范人工智能在技术转让中的应用;国家实验室许可手册,将开发一套技术许可手册,指导DOE国家实验室的技术许可工作;网络参与及合作中介协议,将加强与工业界的合作,在国家实验室体系内实施合作中介协议;塑料废物混合物的回收及低碳化学合成,将开发创新技术将各类塑料废物混合物转化为有价值的化学品,并支持初创公司建立商业可行的系统;能源领域人工智能技术加快创新周期,将示范可扩展且易于复制的合作伙伴关系模型,减少国家实验室清洁能源领域人工智能/机器学习技术的商业化障碍并促进技术转化;包容性创业、商业化及部署,将建立由大型公司和风险投资者组成的合作伙伴网络,推进技术商业化、建立合作关系和促进示范;通过创新技术商业化实现净零排放,将利用DOE净零站点作为创新商业部署的试验场,为技术商业化建立一个可持续、可复制的模型;利用萨凡纳河国家实验室的先进制造合作平台(AMC)实现商业化和创新,将利用AMC增强DOE资助研发技术的商业影响力,促进行业合作并开发强大网络,推进实验室技术向商业化发展。
(2)特定技术合作项目。此类项目涉及12个特定清洁能源技术领域:①太阳能与电网,包括:改进桑迪亚国家实验开发的主动入侵检测与缓解系统;微电网协调器商业化,为未来微电网的联网化提供基础控制技术;试验桑迪亚国家实验室配电网行波快速检测与故障定位原型系统;推进爱达荷国家实验室微电网系统向工业化发展;验证阿贡国家实验室下一代电力电子设备的电网动态驱动故障分析技术;探索把配电系统改造为社区微电网;研发用于电网长时储能的海水电池。②化石能源与碳管理,包括:开发加速老化方案,用于预测碳捕集过程中双重功能材料长期运行下的失活机制;研究多种直接空气碳捕集(DAC)材料的老化机制;利用基于机器学习的事件检测和定位实时预测诱发地震活动,以推进碳封存商业化;开发多功能工具集,用于优化生物能碳去除与封存(BiCRS)和DAC项目的选址。③核能,包括:开发先进系统分析工具,支持熔盐反应堆设计和许可;利用爱达荷国家实验室综合能源系统工具“FORCE”的价格-市场模型,优化具有储热的先进反应堆的商业可行性;提升核燃料性能仿真工具Bison的状态验证和不确定性量化能力,用于商业化和许可;探索火灾建模仿真分析及可视化软件FRI3D的初步商业应用;通过联合仿真分析优化物理安全防护;开发反应堆自主控制技术;评估金属有机骨架材料室温吸附工艺的经济性,用于核燃料后处理的稀有气体分离;开发基于机器学习的核反应堆部件制造和维修智能焊接技术;在乏燃料研究中通过微机电系统在加热实验中实现精细局部控制进行材料分析;推进萨凡纳河国家实验室高温气冷堆乏燃料后处理技术。④先进材料与制造,包括:推进用于增材制造的X射线数字孪生技术走向成熟,改变增材制造的自动化质量控制与认证;开发重新利用不可回收城市固废的技术;示范无负极锂金属电池的可扩展性和热稳定性。⑤生物能,包括:开发并示范经济高效的制造技术,利用其分离技术以更低成本和能耗从有机废物的厌氧消化池中提取有机酸,用于生产负碳包装材料;开发第二代玉米秸秆制乙醇的一体化加工和水热预处理设施。⑥建筑,包括:验证无管道微型分体式热泵连接技术的可行性,推动实现商业化;推进实现先进幕墙控制工具的商业化。⑦地热能,推进国家可再生能源实验室为地热井钻探设计的新型井下发电机技术商业化。⑧氢能,扩大高性能质子导体电解质电解槽规模,开发中温低成本电堆。⑨工业能效及脱碳,包括:开发工具以推进高填充、低含水混凝土的应用;开发新型还原氧化石墨烯增强型碳氢化合物膜电解技术,实现低成本、节能的海水淡化和工业废水增值。⑩交通脱碳,包括:开发用于碳纤维制造的新型高温碳化技术;通过ReVolt软件平台实现其能源建模和优化技术的商业化;通过构建小型、精确的化学反应模型和高效的图形处理器,降低燃气轮机燃烧室模拟的计算成本。11风能,利用桑迪亚国家实验室开发的测量技术,对风力涡轮机原始设备制造商进行风力涡轮机模型验证。12水电,包括:测试并改进太平洋西北国家实验室水听器屏蔽装置,推进实现商业化;推进一种新型超疏水涂层商业化,以提升海洋能利用效率;调动淡季闲置船只部署潮汐能捕获装置;用海洋能转换技术为海洋数据的实时监测提供动力。
3、支持下一代小型模块化反应堆部署。6月17日,DOE发布意向通知,计划投入9亿美元支持下一代小型模块化反应堆(SMR)的初步部署[3]。具体包括:由清洁能源示范办公室(OCED)提供8亿美元支持最多两个由公用事业公司、反应堆供应商、建设者和最终用户或电力公司组成的团队来部署首座SMR发电厂,并示范实现部署多个反应堆的可行路径;由核能办公室(NE)提供1亿美元,解决国内核工业在设计、许可、供应商开发和场地准备等方面的障碍,支持在2030年代初部署下一代SMR,主要包括场址选择和准备、SMR供应链开发、SMR项目改进。
4、支持废物制氢技术。6月11日,DOE宣布为6个项目投入900万美元,用于推进废弃物制氢产业发展[4]。具体项目包括:生物质/废弃物气化炉进料控制系统示范,最大程度地提高生物质/废弃物制合成气的产量;用于制氢气化炉自动控制的机器学习增强型激光诱导击穿光谱,为气化炉系统提供生物质、废塑料和煤矸石等原料的特征信息;无线人工智能多功能光纤传感器研发,可连续、实时监测气化系统状态;用于气化炉内部组件表面污垢监测的双模纳米阵列传感器;集成创新点源碳捕集的混氢燃气轮机示范;部署和测试用于评估集成碳捕集的混氢联合循环燃气轮机的数字孪生模型。
5、支持碳转化技术。6月27日,DOE宣布投入1600万美元[5],支持研发将CO2大规模转化为高价值产品的技术。包括两个资助主题:①将CO2转化为高价值产品的电化学系统工程规模测试,将支持技术成熟度(TRL)达到工程级(即TRL 6级)的研发,将CO2、CO或CO2/CO混合物电化学转化为高价值产品,如工程聚合物/树脂前驱体、特种化学品和商业化学品等,特别关注电解槽材料的耐久性问题。②精炼厂和石化设备碳转化改造的可行性研究,将原料从化石原料改为CO2、CO或CO2/CO混合物,包括:回收含CO2的化学品,用于生产新的增值化学品;将目前使用页岩油/石油的石化精炼厂的特定设备转换为使用碳氧化物作为原料;增值产品在预期应用方面的技术经济性分析及生命周期分析。 (岳芳 秦冰雪 汤匀)
[1] U.S. Department of Energy Announces Over $63 Million to Support Commercialization of Transformative Energy Technologies.https://www.energy.gov/articles/us-department-energy-announces-over-63-million-support-commercialization-transformative
[2] DOE Announces Over $41M in Funding to Deliver Clean Energy Solutions to Market. https://www.energy.gov/technologytransitions/articles/doe-announces-over-41m-funding-deliver-clean-energy-solutions-market
[3] DOE Announces $900 Million to Accelerate the Deployment of Next-Generation Light-Water Small Modular Reactors. https://www.energy.gov/articles/doe-announces-900-million-accelerate-deployment-next-generation-light-water-small-modular
[4] U.S. Department of Energy Invests Over $9 Million to Advance Hydrogen Technology That Converts Waste to Clean Energy. https://www.energy.gov/fecm/articles/us-department-energy-invests-over-9-million-advance-hydrogen-technology-converts
[5] DOE Announces $16 Million to Advance Technologies that Transform Carbon Emissions into Valuable Products. https://www.energy.gov/fecm/articles/doe-announces-16-million-advance-technologies-transform-carbon-emissions-valuable