美国能源部大力推进清洁能源及关键矿产供应链发展

作者: 2025-11-11 14:24 来源:
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8月,美国能源部(DOE)宣布多项资助计划,支持先进核反应堆试点以及开发新兴能源技术,并支持增强关键矿产和材料供应链。

一、核能技术

812日,DOE宣布启动核反应堆试点计划,首批选定11个先进反应堆项目,目标在202674日前通过授权流程完成至少3个试验反应堆的建造、运行及达到临界状态[1]。该计划基于白宫在20256月发布的第14301号行政命令“改革能源部的核反应堆测试”,旨在改革核反应堆测试机制,加速非国家实验室场地的反应堆测试商业化许可进程,推动私营资金投入,助力美国重获核能领域全球领导地位。首批选定的11家先进反应堆项目承建商分别为:Aalo Atomics公司,致力于小型模块化核反应堆制造;Antares Nuclear公司,致力于开发小型、便携式微型核反应堆,其核心技术是为偏远地区、军事基地和太空任务等特殊用途提供高效、可靠的能源解决方案;Atomic Alchemy公司,致力于生产用于医疗保健、工业、研究和国防的放射性同位素;Deep Fission公司,致力于小型模块化反应堆技术研发,目前正在开发15兆瓦级压水微堆设计;Last Energy公司,致力于小型核电反应堆,计划于2026年实现首座20兆瓦微型模块化反应堆投运;Oklo公司(承建2个项目),专注于核裂变和核燃料回收技术,通过开发先进的小型模块化反应堆,为美国提供清洁、可靠的基荷能源;Natura Resources LCC公司,致力于先进小型模块化反应堆研发,2023年该公司在德克萨斯州阿比林基督大学建造了科学与工程研究中心,这是美国首个国家实验室以外的先进反应堆研究设施;Radiant Industries公司,是一家便携式核燃料研发商,专注于研发新型反应堆燃料,使用氦气作为冷却剂,为用户提供便携式核反应堆;Terrestrial Energy公司,致力于开发第四代核电站,专注于一体化熔盐反应堆(IMSR)技术研发;Valar Atomics公司,致力于将核能技术拓展到重工业电力和清洁碳氢化合物燃料生产应用中。

二、关键矿产和材料供应链

1、大规模资助计划。813日,DOE宣布将发布总计近10亿美元的一系列资助机会[2],以加速和扩大美国关键矿产和材料供应链中采矿、加工和制造技术发展,保障本国供应链安全。具体包括:

1)通过关键矿产和材料加速器计划投入5000万美元,旨在推动技术成熟以及商业化,重点关注4项主题:稀土磁铁供应链中的制造工艺;用于半导体的镓、氮化镓、锗和碳化硅的精炼和合金化制造工艺;具有成本竞争力的直接提锂与分离技术;利用副产品和废料生产增值产品的关键材料分离技术。

2)通过矿山与金属产能扩张——国内工业设施副产品关键矿产和材料回收计划提供约2.5亿美元,促进相关行业大型中试规模设施的开发,从运营中的工业设施中回收关键矿产和材料,包括稀土元素、石墨和其他增值产品。重点关注磷酸盐、化肥、石油和天然气、冶炼、采矿、废物管理等行业工业设施升级改造。

3)通过稀土元素示范设施计划投入1.35亿美元,示范从矿山尾矿、有害材料和废物流中提炼和回收稀土元素的商业可行方法,减少美国稀土元素进口依赖。

4)通过电池材料加工与电池制造和回收补助计划投入5亿美元,扩大美国关键矿产和材料加工以及电池制造和回收,示范或商业加工、回收或利用锂、石墨、镍、铜、铝等传统电池矿物以及稀土元素等其他关键矿物。

5)先进能源研究计划署(ARPA-E)计划公布其从工业废水中回收关键矿物RECOVER)计划的项目遴选结果,投入4000万美元开发新材料和新工艺,增强废水中提取氨和关键金属技术的能耗、选择性等。与传统方法相比,将减少回收步骤,并根据现有或新建废水处理设施的特点进行设计,目标是通过废水回收,满足国内50%的氨供应和100%的关键金属供应。

2、磁体制造。825日,ARPA-E宣布投入6000万美元启动两项新技术计划[3],旨在确保和扩大美国的关键矿产供应链,加强国内磁体制造能力,并减少对外国控制供应链的依赖。详情如下:

1)投入4000万美元启动利用传感技术进行可靠矿石表征ROCKS)计划,开发先进的钻探、传感和分析技术,将矿床评估时间从数年缩短至数月。该计划将通过提高效率和分辨率,同时降低矿体表征的不确定性和成本,解决关键的技术限制,关注重点包括地下硬岩资源以及富含稀土元素的粘土、砂矿或海底矿床等未开发资源。

2)投入2000万美元启动磁技术加速产生新创新与战术成果MAGNITO)计划,利用人工智能、机器学习和高通量实验开发具有新物理、化学性质和微观结构的新型磁性材料,以发现和开发更强磁体,提高能源生产率,降低发电成本,并为工业和交通运输提供更小、更轻的电机。

三、新兴能源技术商业化

829日,DOE宣布通过技术商业化基金(TCF)向42个项目资助超过3500万美元[4],推动来自国家实验室、工厂和基地的新兴能源技术走向市场,重点涵盖电网安全、人工智能、核能和先进制造等领域。

1、商业化促进项目。包括4个项目:美国商业摇篮创新中心,通过建立统一门户和行业联盟,为10个国家实验室的初创企业提供知识产权、测试平台和原型设计设施等全方位支持,以高效、大规模地加速国家实验室早期能源创新成果的商业化;利用技术转移支持未充分利用的行业,将利用技术转移流程和成本削减许可(CRL)工具,将低产量高影响力技术授权给小型企业,以降低DOE实验室成本并满足任务需求;通过更新免费的可视知识产权搜索平台,利用人工智能和模块化架构,提高国家实验室技术在市场上的可发现性并促进技术转移;加速科学解决方案的商业化途径,通过与风险投资和创业生态系统合作,以市场驱动的方法评估和降低早期技术风险,加速能源部技术商业化。

2、技术特定合作项目。包括由核能办公室、化石能源和碳管理办公室、能效和可再生能源先进材料与制造办公室等15DOE办公室主导的38个项目。资助的项目主要为:商业化用于锂-6/-7同位素的原子蒸汽激光同位素分离的激光技术,以建立关键同位素的国内生产途径;制造并测试一种新型固溶强化合金部件,该合金具有改进的蠕变抗性,可在高于700°C的熔盐反应堆环境中运行;解决商业化障碍,推进将GPU加速的OpenMC蒙特卡洛粒子输运代码应用于核反应堆工程设计和分析,以缩短轻水堆设计周期并支持先进反应堆设计,该代码由DOE通过百亿亿次计算项目开发;开发无损实时电化学分析方法识别电池失效机制,并优化软包电池设计和操作条件,以指导行业实现水系锌离子电池的商业化;通过先进制造设计和人工智能/机器学习,指导加速优化滞留甲烷直接合成甲醇;通过先进等离子体反应器和催化转化技术,将未充分利用/滞留天然气转化为液态产品;开发一种基于注射成型的技术,在电机组装过程中原位制造非稀土MnBi粘结磁体,以实现高性能稀土永磁体电机的成本效益大规模生产;光子固态电解质原型制造系统,旨在商业化一种新型快速、节能的光子加工技术,用于陶瓷锂电池电解质材料制造,该技术在能耗和生产速度方面具有显著优势;推进生物甲醇制备高比能密度合成航空燃料混合燃料的商业化潜力;开发一种增值地热能电池技术,利用地层存储过剩电力,通过加压水和地热加热结合,以较低成本提供可调度能源输出;优化固态氢载体技术,采用创新的金属硼氢化物热致动筒,提高其储氢密度并优化材料工程,寻找更安全的替代方案,以延长无人机电动航空的飞行时间并实现安全储氢;推进用于高性能全固态电池的先进硫化物固态电解质的国内制造,通过扩大一种稳定合成技术,直接生产纳米级硫化物固态电解质;开发离子液体增强型环保润滑剂,特别针对水力涡轮机润滑,以提高润滑性能、降低水生毒性并增强生物降解性。

(岳芳 汤匀 刘学)



[1] Department of Energy Announces Initial Selections for New Reactor Pilot Program. https://www.energy.gov/articles/department-energy-announces-initial-selections-new-reactor-pilot-program

[2] Energy Department Announces Actions to Secure American Critical Minerals and Materials Supply Chain. https://www.energy.gov/articles/energy-department-announces-actions-secure-american-critical-minerals-and-materials-supply

[3] Energy Department Announces $60 Million to Secure Domestic Critical Mineral Supply and Strengthen Magnet Manufacturing. https://arpa-e.energy.gov/news-and-events/news-and-insights/energy-department-announces-60-million-secure-domestic-critical-mineral-supply-and-strengthen-magnet-manufacturing

[4] Energy Department Announces Over $35 Million to Advance Emerging Energy Technologies. https://www.energy.gov/articles/energy-department-announces-over-35-million-advance-emerging-energy-technologies


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