美国能源部资助清洁能源和关键矿产技术
8月,美国能源部(DOE)宣布多项资助,共投入6.888亿美元支持太空光伏、能源技术材料及关键矿产相关技术研发。
1、太空光伏。8月31日,DOE关键矿产与能源创新办公室(CMEI)宣布投入1200万美元支持太空光伏技术研发[1],旨在加速太空用太阳能电池板的技术创新并扩大国内制造能力。这是CMEI首次对太空能源领域作出重大投资。重点关注领域包括:
(1)下一代光伏电池创新。聚焦实验室环境下高性能、低成本、耐用的太空级光伏电池先进技术研发,拟资助5~9个项目、单项最高150万美元。重点方向包括:①III-V族电池衬底重复利用技术开发,目标实现5次重复利用后转换效率不低于27%、良率超过95%,并开发低成本金属化、自动化高通量制造工艺以降低对镓、锗等关键矿产的依赖;②辐射硬化硅基电池开发,目标实现10年以上长周期运行或在高辐射轨道部署中保持初始最大功率的80%以上,高效率薄片晶体硅电池开发,目标实现在大气质量为零(即在地球外空间接收太阳光)的状态下转换效率达23%;③钙钛矿多结电池的抗辐射、退化机理与加速应力测试研究,涵盖全钙钛矿及钙钛矿-非钙钛矿混合叠层电池;④低成本太空测试平台与组合加速应力测试设备研发。
(2)太空光伏制造研发。聚焦推进创新性高通量制造工艺,并在太空或近太空环境对组件原型开展第三方验证的性能示范,拟资助2~3个项目、单项最高200万美元。重点方向包括:①面向2~3年内具备部署条件的技术,在约20~100平方厘米的组件原型上验证耐久性与性能提升;②发展以加速研发学习循环、为制造商和研究人员提供快速反馈为目标的太空就绪验证方法;③开发低成本组合加速应力测试设备,模拟太空环境,为美国太空光伏研发群体提供快速、高保真的组件原型测试能力。
2、能源技术材料及关键矿产
(1)材料回收再利用。8月14日,CMEI宣布投入480万美元支持10个项目[2],推进材料回收、再制造与再利用技术研发,旨在降低技术风险、加速创新材料方案应用,提升美国制造能力。资助项目包括:开展低成本纺织品回收工艺规模化验证;开展结构性和改进型非结构性二次铝压铸合金的组件级验证;开发用于电子回收接收流程的计算机视觉与AI技术;开展高铜含量废钢帘线生产的轮胎帘线测试;示范先进纺织品分拣与拆解系统;开展再生纤维生物技术的工业验证,恢复纤维质量并提升高附加值纸张中的二次原料占比;开展生物关键金属回收技术的示范与验证;开发企业级计算机辅助设计(CAD)工具,将循环性融入新产品设计;回收航空铝废料用于生产高性能轧制薄板与近净形挤压铸造件;开展铸铁柴油发动机缸体高速激光熔覆修复研究。
(2)关键矿产回收。8月18日,CMEI宣布投入1.62亿美元,支持9个从工业原料中回收关键矿产、材料及其他副产品的项目[3],涵盖钪、铜、锑和稀土元素等关键材料,分别在台架规模和中试规模场地开展。其中,Anactisis公司、Still Bright公司、Nusano公司、SiTration公司分别承担台架规模项目,目标将工艺/系统技术就绪水平从4或5提升至7,即从实验室迈向原型验证;Thompson Creek Metals公司、Felix Gold Alaska Treasure Creek公司、DISA Technologies公司、Alcoa USA公司、Trigg Minerals公司分别承担中试规模项目,目标将工艺/系统技术就绪水平从6或7提升至7或8,即从原型迈向预商业化示范。
(3)电池。8月20日,CMEI宣布投入5亿美元支持7个项目,以扩大美国关键矿产和材料加工、电池制造与回收能力[4]。这些项目涵盖示范项目、商业规模设施建设以及现有设施改造,具体包括:①电池材料加工。支持2个项目:Waterleaf P1 HoldCo公司获1亿美元资助,将在犹他州大盐湖东北岸建设并运营商业锂提取与精炼设施,生产电池级碳酸锂,并将处理后的盐水返还湖泊,实现无净水损失;Formation Holdings US公司获1亿美元资助,用于建设一座商业钴精炼厂,采用成熟精炼技术生产电池级硫酸钴及相关材料,建立国内钴加工能力。②电池制造与回收。支持5个项目:Nth Cycle公司获1亿美元资助,将在美国东南部建设生产设施,利用该公司的电萃取平台和OYSTER系统,将报废锂离子电池及制造废料的黑粉精炼为高纯金属和电池级材料,填补美国中游加工空白;Princeton NuEnergy公司获5000万美元资助,将在佐治亚州建设示范工厂,采用低温等离子工艺回收并再生电池制造废料中的含镍正极材料,以更低成本快速将再生材料投入生产;Arcanum Ventures公司获5000万美元资助,将在美国墨西哥湾沿岸建设生产设施,采用成熟化工技术生产电池级碳酸乙烯酯,提升供应可靠性、减少进口依赖;Elevated Materials公司获5000万美元资助,将建造一座超薄锂金属薄膜和预锂化材料工厂,用于制造更高能量密度的快充电池,将中试技术规模化至吉瓦时级产能;Coreshell Technologies公司获5000万美元资助,将建立硅负极锂离子电池生产设施,用国产冶金硅替代进口石墨,结合干法涂布正极技术降低成本、提升安全性,打造美国首座吉瓦级硅负极电池工厂。
(4)关键材料。8月26日,CMEI宣布投入1000万美元,支持7个早期技术研发项目,以高效回收和精炼能源技术所需的关键材料[5]。项目聚焦稀土元素、镓、铜等关键材料,旨在开发新型生产方法以强化国内供应链。资助项目包括:开展基于氯化物熔盐电解的工艺强化,实现高效重稀土金属生产;利用湿法冶金和生物湿法冶金工艺,提高原生铜硫化物的铜提取效率;采用纳米气泡、表面活性剂与活性氧协同作用,强化铜硫化物浸出;从工业副产品残渣流中开发关键矿产,提取镓和稀土混合氧化物;改进离子交换树脂,从铝土矿-氧化铝加工中提取镓;开发氧化还原吸附剂,从采矿副产品与报废产品中选择性电化学回收镓;利用固相萃取技术,实现从锌精炼残渣中选择性分离和回收镓。
[1] DOE’s Office of Critical Minerals and Energy Innovation Announces First Major Investment in Space-based Energy Generation. https://www.energy.gov/cmei/articles/does-office-critical-minerals-and-energy-innovation-announces-first-major-investment
[2] DOE’s REMADE Institute Awards $4.8 Million To Strengthen Materials Recovery and Recycling in American Manufacturing. https://www.energy.gov/cmei/articles/does-remade-institute-awards-48-million-strengthen-materials-recovery-and-recycling
[3] DOE’s Office of Critical Minerals and Energy Innovation Announces $162 Million To Accelerate Critical Minerals and Materials Recovery from Industrial Sources. https://www.energy.gov/cmei/articles/does-office-critical-minerals-and-energy-innovation-announces-162-million-accelerate
[4] Energy Department Announces $500 Million To Secure America's Critical Mineral and Battery Supply Chains. https://www.energy.gov/articles/energy-department-announces-500-million-secure-americas-critical-mineral-and-battery
[5] DOE’s Critical Materials Innovation Hub Awards $10 Million for Early-Stage Research and Development. https://www.energy.gov/cmei/articles/does-critical-materials-innovation-hub-awards-10-million-early-stage-research-and