中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，美國能源部（DOE）發(fā)布招標(biāo)公告，將投入4.2億美元支持能源前沿研究中心（EFRCs）第六輪資助，旨在通過清潔能源技術(shù)、先進(jìn)和低碳制造以及量子信息科學(xué)的早期研究來推進(jìn)氣候解決方案，以實(shí)現(xiàn)到2050年凈零排放目標(biāo)。本次招標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注EFRCs 是否在DOE多個(gè)研討會(huì)和圓桌會(huì)議報(bào)告中確定的優(yōu)先研究方向（PRD）和優(yōu)先研究機(jī)會(huì)（PRO）上作出貢獻(xiàn)，包括：
一、清潔能源科學(xué)
1、氫能。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)圓桌會(huì)議《碳中和氫能技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究機(jī)會(huì)：①發(fā)現(xiàn)和控制材料和化學(xué)過程以徹底革新電解制氫系統(tǒng)；②操控氫的相互作用機(jī)制以充分發(fā)揮氫作為燃料的潛力；③闡明能源效率和原子效率相關(guān)的復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)、演化和化學(xué)問題；④認(rèn)識(shí)并緩解性能退化過程以提高氫能系統(tǒng)的耐用性。
2、液態(tài)太陽燃料。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)圓桌會(huì)議《液態(tài)太陽燃料》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究機(jī)會(huì)：①理解液態(tài)太陽燃料生產(chǎn)關(guān)鍵組件（如光吸收劑、催化劑、電解質(zhì)等）的耐久性和性能機(jī)制；②控制催化劑微環(huán)境以促進(jìn)選擇性和高效的燃料生產(chǎn)；③光激發(fā)和化學(xué)催化轉(zhuǎn)化的時(shí)間和長度尺度耦合；④設(shè)計(jì)復(fù)雜現(xiàn)象的相互作用以實(shí)現(xiàn)集成多組分系統(tǒng)。
3、核能。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《未來核能基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①熔鹽冷卻劑和液體燃料的變革性設(shè)計(jì)；②復(fù)雜反應(yīng)堆環(huán)境下的材料設(shè)計(jì)和合成；③通過界面設(shè)計(jì)與控制降低極端核環(huán)境對(duì)長期性能和可靠性的影響；④揭示耦合的極端環(huán)境下時(shí)空過程的多尺度演化；⑤識(shí)別和控制來自罕見事件和級(jí)聯(lián)過程的意外行為。
4、催化科學(xué)。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《催化科學(xué)基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①設(shè)計(jì)精確控制化學(xué)反應(yīng)的催化劑結(jié)構(gòu)；②了解和控制催化劑的動(dòng)態(tài)演化；③在復(fù)雜環(huán)境中操縱反應(yīng)以選擇性地引導(dǎo)催化轉(zhuǎn)化；④設(shè)計(jì)用于高效電驅(qū)動(dòng)化學(xué)轉(zhuǎn)化的催化劑。
5、電力儲(chǔ)能。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《下一代電力儲(chǔ)能基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①材料和化學(xué)的功能調(diào)控以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的整體設(shè)計(jì)；②跨時(shí)空尺度的復(fù)雜電子、電化學(xué)和物理現(xiàn)象研究；③控制和利用在動(dòng)態(tài)界面處形成的復(fù)雜相間區(qū)域；④通過創(chuàng)新的物質(zhì)組合（電極材料、電解質(zhì)化學(xué)物質(zhì)等）徹底改變儲(chǔ)能性能；⑤促進(jìn)自修復(fù)并消除有害化學(xué)物質(zhì)以延長使用壽命并提高安全性。
6、能源和水。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《能源和水基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①多組分流體的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性預(yù)測；②復(fù)雜和極端環(huán)境中界面和輸運(yùn)的機(jī)械控制；③利用特定材料-流體相互作用設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的流體和材料；④科學(xué)利用地下系統(tǒng)對(duì)水的存儲(chǔ)和處理產(chǎn)生變革性影響。
7、地下技術(shù)和工程。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)圓桌會(huì)議《控制地下裂縫和流體流動(dòng)：基礎(chǔ)研究議程》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①斷裂系統(tǒng)中的反應(yīng)多相流；②應(yīng)力巖石中的化學(xué)-力學(xué)耦合；③納米多孔巖石結(jié)構(gòu)、滲透性和反應(yīng)性。
8、碳捕集。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《碳捕集基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出了如下優(yōu)先研究方向：①界面過程和動(dòng)力學(xué)；②新型溶劑和化學(xué)成分；③新型工藝概念；④新型吸附劑材料架構(gòu)的設(shè)計(jì)、合成和組裝；⑤低焓循環(huán)的協(xié)同過程；⑥用于碳捕集的新型膜分層結(jié)構(gòu)；⑥高性能分子膜設(shè)計(jì)；⑦碳捕集的替代驅(qū)動(dòng)力和刺激響應(yīng)材料。美國國家科學(xué)院《負(fù)排放技術(shù)和可靠封存：研究議程》進(jìn)一步提出了直接空氣碳捕集（DAC）技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)研究方向，包括：①低成本、可擴(kuò)展的固體吸附劑及接觸器開發(fā)；②減少DAC過程熱需求的策略；③可增強(qiáng)CO2吸附能力以及反應(yīng)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的新材料開發(fā)；④液體溶劑和固體吸附劑的優(yōu)化設(shè)計(jì)；⑤識(shí)別由溶劑和固體吸附劑釋放到環(huán)境中的潛在降解產(chǎn)物，尤其是固體胺基吸附劑；⑥針對(duì)DAC的特定工藝開發(fā)；⑦DAC工藝的全生命周期分析。
9、太陽能利用。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《太陽能利用基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出了如下優(yōu)先研究方向：①變革性光伏器件（光伏電池效率達(dá)到50%）；②通過基于分子、聚合物或納米顆粒結(jié)構(gòu)的“塑料”太陽電池提供低成本太陽能發(fā)電系統(tǒng)；③低成本高效納米結(jié)構(gòu)太陽電池；④用于高效光電解的新型光電電極；⑤利用光合作用可持續(xù)生產(chǎn)生物燃料；⑥利用仿生智能矩陣優(yōu)化太陽燃料生產(chǎn)；⑦太陽能制燃料的高效催化劑；⑧人工光合系統(tǒng)仿生分子組件；⑨容錯(cuò)和自修復(fù)的太陽能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；⑩太陽能熱化學(xué)燃料生產(chǎn)；11新型實(shí)驗(yàn)和理論工具；12太陽能轉(zhuǎn)化材料的設(shè)計(jì)；13太陽能轉(zhuǎn)化裝置復(fù)雜構(gòu)造的組裝。
二、先進(jìn)制造科學(xué)
1、變革性制造。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《變革性制造基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出了如下優(yōu)先研究方向：①組件和系統(tǒng)的原子級(jí)構(gòu)件的精確、可擴(kuò)展合成和加工；②集成多尺度模型和工具以實(shí)現(xiàn)制造過程的自適應(yīng)控制；③通過工況表征的創(chuàng)新完全理解制造工藝；④引導(dǎo)原子和能量流以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造；⑤通過材料、工藝和產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)革新制造過程。
2、聚合物化學(xué)升級(jí)再造。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)圓桌會(huì)議《聚合物化學(xué)升級(jí)再造》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究機(jī)會(huì)：①掌握聚合物解構(gòu)、重構(gòu)和功能化的機(jī)理；②理解和發(fā)現(xiàn)混合塑料升級(jí)再造的集成工藝；③設(shè)計(jì)用于化學(xué)循環(huán)的下一代聚合物；④開發(fā)新型工具以發(fā)現(xiàn)和控制大分子轉(zhuǎn)化的化學(xué)機(jī)制。
3、微電子。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《微電子基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①定義由應(yīng)用程序、算法和軟件驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新材料、設(shè)備和架構(gòu)要求；②徹底改變內(nèi)存和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；③重新構(gòu)想不受互聯(lián)限制的信息流；④利用未開發(fā)的物理現(xiàn)象重新定義計(jì)算；⑤通過新材料、設(shè)備和架構(gòu)重塑電網(wǎng)。
4、合成科學(xué)。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《能源相關(guān)技術(shù)合成科學(xué)基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①實(shí)現(xiàn)合成控制以獲取新的物質(zhì)狀態(tài)；②通過利用極端條件、復(fù)雜化學(xué)和分子以及界面系統(tǒng)來加速材料發(fā)現(xiàn)；③利用分層物質(zhì)的復(fù)雜功能；④整合新興理論、計(jì)算和原位表征工具，通過實(shí)時(shí)自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)定向合成。
三、其他優(yōu)先領(lǐng)域
1、化學(xué)和材料科學(xué)的量子計(jì)算。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)圓桌會(huì)議《化學(xué)和材料科學(xué)的量子計(jì)算機(jī)會(huì)》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究機(jī)會(huì)：①控制非平衡化學(xué)和材料系統(tǒng)的量子動(dòng)力學(xué)；②揭示強(qiáng)相關(guān)電子系統(tǒng)的物理和化學(xué)；③將量子硬件嵌入經(jīng)典框架；④利用量子算法改進(jìn)經(jīng)典計(jì)算。
2、下一代量子系統(tǒng)。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)圓桌會(huì)議《下一代量子系統(tǒng)基礎(chǔ)研究機(jī)會(huì)》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究機(jī)會(huì)：①通過人工量子相干系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子信息系統(tǒng)的特定功能；②增強(qiáng)量子系統(tǒng)中相干性的產(chǎn)生和控制；③發(fā)現(xiàn)量子傳輸?shù)男路椒?；④量子方法用于先進(jìn)傳感和過程控制。
3、變革性實(shí)驗(yàn)工具的創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《變革性實(shí)驗(yàn)工具的創(chuàng)新與發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①開發(fā)突破當(dāng)前時(shí)間、空間和能量分辨率限制的創(chuàng)新表征和控制方法；②開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法以研究復(fù)雜的“現(xiàn)實(shí)世界”；③開發(fā)和整合可在時(shí)間、長度和能量尺度同時(shí)表征復(fù)雜材料和化學(xué)系統(tǒng)多個(gè)關(guān)鍵特性的工具和實(shí)驗(yàn)方法；④通過整合實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算，推動(dòng)儀器設(shè)計(jì)的新范式。
4、能源相關(guān)技術(shù)的量子材料。DOE基礎(chǔ)能源科學(xué)研討會(huì)《能源相關(guān)技術(shù)量子材料基礎(chǔ)研究需求》報(bào)告提出如下優(yōu)先研究方向：①控制和利用電子相互作用和量子漲落設(shè)計(jì)新功能材料；②利用拓?fù)錉顟B(tài)實(shí)現(xiàn)突破性的表面特性；③驅(qū)動(dòng)和操縱納米結(jié)構(gòu)中的量子效應(yīng)（相干性、糾纏）以實(shí)現(xiàn)變革性技術(shù)；④設(shè)計(jì)革命性工具以加速量子材料的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)部署。
編者按：美國能源部于2009年建立了能源前沿研究中心（EFRCs）這一創(chuàng)新機(jī)制，依托大學(xué)、國家實(shí)驗(yàn)室等掛牌建立大量的小型研究中心，匯集了跨領(lǐng)域（不同學(xué)科）、跨機(jī)構(gòu)（大學(xué)、國家實(shí)驗(yàn)室、非營利研究組織）的研究人員和資源，聯(lián)合開展能源基礎(chǔ)前沿研究。迄今為止，DOE已經(jīng)資助88個(gè)EFRCs，其中41個(gè)處于執(zhí)行階段。資助詳情參見：https://science.osti.gov/bes/efrc/。
