日期:2022/11/29 IAE
先進和可持續能源｜Advanced and Sustainable Energ 科學辦公室
美國能源部科學辦公室的核心任務是為下一代能源技術奠定科學基礎。為此，我們支持廣泛學科的基礎研究，以及重大科學設施的建設和運行，為能源生產、轉換、分配和使用的新技術奠定基礎。
明天的尖端技術將基於今天基礎科學的突破。新能源技術需要新材料和新化學工藝。生物學在新興能源經濟中也發揮著越來越重要的作用，因為使用微生物和可再生植物原料可以生產範圍不斷擴大的燃料和其他產品。此外，聚變能有望成為一種潛在的未來來源，使用豐富的元素，本質上是無限的清潔能源——我們是國家的主要贊助者。並且持續需要科學來支持核能，尤其是能夠在這些環境中更長時間地使用材料和處理廢物的科學。
The Office of Science's support of core research in physics, materials science, chemistry, and bioscience has contributed to breakthroughs and innovations across a multitude of energy technologies. They have brought major improvements in solar cells, LED lighting, lithium-ion batteries for transportation, stronger and lighter materials for vehicles, better catalysts for fossil fuel production, improved materials and chemical processes for carbon capture, and resilient materials to withstand the extreme conditions within nuclear and fusion energy reactors, to name just a few areas. The core research programs provide the continued replenishment of breakthroughs in basic science necessary to sustain continued progress in energy technologies.
科學辦公室對物理學、材料科學、化學和生物科學核心研究的支持為眾多能源技術的突破和創新做出了貢獻。它們在太陽能電池、LED 照明、運輸用鋰離子電池、更堅固和更輕的車輛材料、更好的化石燃料生產催化劑、改進的碳捕獲材料和化學工藝以及可承受極端條件的彈性材料方面帶來了重大改進在核能和聚變能反應堆中，僅舉幾個領域。核心研究計劃不斷補充基礎科學的突破，以維持能源技術的持續進步。
近年來，作為對這些核心努力的補充，我們開發了一種創新方法，通過大型協調中心調動研究人員並加速能源研究的進展。這些中心中的每一個通常都由一所大學或國家實驗室領導，並涉及多個合作機構。這些中心的目的是創建一個協同的多學科研究團隊，目標是成為一個動態的整體，而不是其各部分的總和。雖然這些中心專注於基礎科學研究，但它們也尋求彌合科學與技術之間的鴻溝——通過對技術開發和商業化成熟的基礎科學突破保持警惕，並通過申請專利和許可來促進這一點。
此類計劃中最成功的是美國能源部能源前沿研究中心 (EFRC)。自 2009 年該計劃開始以來，我們已經建立了 82 個 EFRC，其中 46 個目前正在運行。 EFRC 通常每年資助 2 到 400 萬美元，將來自大學、國家實驗室、非營利組織和私營部門公司的頂尖研究人員的多學科、多機構團隊聚集在一起，以應對特定的研究挑戰。在其整個生命週期中，EFRC 計劃已經產生了超過 10,500 份經過同行評審的出版物、超過 550 項發明披露和超過 160 項專利。他們與大大小小的公司至少簽訂了 100 份許可協議。它們促進了與太陽能、儲能、催化化學和生物化學、氣體分離、核能（包括廢物修復）、能源-水問題、合成以及預測材料科學和化學相關的廣泛能源相關科學的進步。
DOE 能源創新中心代表了一種類似的方法，但規模更大，並為商業化（包括原型開發）提供了更強大的橋樑。這些努力旨在應對重大挑戰，每年資助 15 至 2500 萬美元。我們建立了兩個這樣的中心，一個旨在應對人工光合作用的艱鉅挑戰，另一個旨在徹底改變電池科學技術。
加州理工學院牽頭的人工光合作用聯合中心 (JCAP) 與勞倫斯伯克利國家實驗室合作成立於 2010 年。在最初的五年裡，JCAP 實現了其最初的目標，即開發出首個能夠分裂的太陽能原型以超過 10% 的效率生產氫燃料——最近實現了高達 19% 的效率。
2012 年成立了第二個中心，即由阿貢國家實驗室牽頭的儲能研究聯合中心 (JCESR)，旨在應對交通運輸和電網領域的電池科技挑戰。它已經交付了四個原型，兩個用於運輸，兩個用於電網——並實現了三倍的能量密度增加。其中一個原型現在正由 JCESR 產生的三個初創公司之一進行商業化。
創新中心也非常富有成效，擁有近 1,000 份經過同行評審的出版物、超過 125 項發明披露和 125 項專利申請。他們還為研究界提供了新的計算代碼和數據，以加速材料和工藝的發現。
最後，美國能源部生物能源研究中心 (BRC) 成立於 2007 年，為這些其他中心提供了原始模型。十多年來，BRC 一直引領世界開拓科學和技術突破，為新興的生物經濟奠定基礎，利用再造微生物和可再生植物原料生產越來越多的環保燃料和產品及相關方法。他們使美國始終處於這場經濟革命的前沿。該計劃始於三個多學科、多機構中心，每年資助 2500 萬美元，分別由勞倫斯伯克利國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室和威斯康星大學麥迪遜分校與密歇根州立大學合作領導。 2018 年重新競爭該項目時，又增加了第四個中心，由伊利諾伊大學香檳分校牽頭。
BRC 已經發表了近 3,000 篇經過同行評審的出版物、670 項發明公開、433 項專利申請、224 項許可或選擇權以及 112 項專利。 基於BRC科技成立了18家初創公司，21家公司獲得了BRC技術授權，其中包括杜邦、孟山都、陶氏益農等巨頭。