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近日，美國能源部先進能源研究計劃署（ARPA-E）宣布最新一期的OPEN2021開放招標計劃，資助1.75億美元支持國家實驗室、高校和企業協同開展具有潛在顛覆性影響的變革性清潔能源技術研發，確保美國在未來綠色能源技術的全球領導地位，同時助力美國2050年實現凈零排放目標。本次資助主要聚焦十三大主題領域，具體內容如下：

1、建筑能效

研究新(xin)型基于氮(dan)化鎵(jia)（GaN）半導體的直接發射(she)綠光(guang)的發光(guang)二極管（LED），以(yi)加速(su)固態(tai)照明（SSL）光(guang)源(yuan)的使用和(he)普(pu)及。與(yu)非固態(tai)照明相(xiang)(xiang)比(bi)，可以(yi)減(jian)(jian)少約25%與(yu)照明相(xiang)(xiang)關(guan)的溫室(shi)氣(qi)體排(pai)放。到(dao)2035年，向SSL過渡可以(yi)使美國能(neng)源(yuan)相(xiang)(xiang)關(guan)溫室(shi)氣(qi)體排(pai)放比(bi)非SSL減(jian)(jian)少55%。

2、分布式能源

設計和建造(zao)一個能(neng)夠利用可再生能(neng)源直(zhi)接將(jiang)煙(yan)道氣中的CO2電(dian)催(cui)化還(huan)原為高(gao)(gao)價(jia)值化學(xue)品（如乙醇、丙醇等）的高(gao)(gao)性能(neng)反應(ying)裝置，以實現綠色高(gao)(gao)效減(jian)排。

3、提高電力電子器(qi)件和設(she)備效率

包括：①開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)一(yi)(yi)(yi)種突破性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)無線(xian)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)統，用于電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)靜(jing)態和(he)動(dong)(dong)態充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)，以大(da)(da)幅減(jian)少對昂(ang)貴和(he)笨重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)車(che)載(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池需(xu)求，提(ti)(ti)高(gao)續航里程，并(bing)加速電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)汽(qi)車(che)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)普及。②開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)基于GaN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)極管和(he)晶(jing)體管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)新一(yi)(yi)(yi)代電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子產品，其(qi)(qi)性能(neng)(neng)將大(da)(da)大(da)(da)超過目(mu)前(qian)(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子器(qi)件。③研究通過增材制造技(ji)術制造具(ju)有網絡狀(zhuang)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)晶(jing)金屬氧化物(wu)軟磁復(fu)合材料(liao)（SMC），從(cong)(cong)而降(jiang)低成本，減(jian)少材料(liao)浪費。④為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子模塊(kuai)開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)3D打(da)印陶瓷封裝，以改善(shan)其(qi)(qi)熱管理、功率(lv)密度、性能(neng)(neng)和(he)壽命。⑤為(wei)數據中(zhong)心開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)一(yi)(yi)(yi)種節能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩相冷(leng)卻(que)系(xi)統，以減(jian)少冷(leng)卻(que)能(neng)(neng)耗并(bing)減(jian)少用水。⑥開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)一(yi)(yi)(yi)種高(gao)性能(neng)(neng)冷(leng)卻(que)板，其(qi)(qi)帶有一(yi)(yi)(yi)個螺(luo)旋擾流器(qi)，可以將換熱速率(lv)提(ti)(ti)高(gao)3倍，從(cong)(cong)而提(ti)(ti)高(gao)數據中(zhong)心未來(lai)服務器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)源效(xiao)(xiao)率(lv)。⑦開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)一(yi)(yi)(yi)種高(gao)效(xiao)(xiao)、資源節約的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱能(neng)(neng)設備，它(ta)將同時提(ti)(ti)高(gao)服務器(qi)冷(leng)卻(que)能(neng)(neng)源效(xiao)(xiao)率(lv)，并(bing)提(ti)(ti)供(gong)(gong)可直(zhi)(zhi)接用于建筑供(gong)(gong)暖與制冷(leng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)質(zhi)量熱能(neng)(neng)。⑧開(kai)(kai)發(fa)(fa)(fa)能(neng)(neng)量高(gao)達數十兆電(dian)(dian)(dian)(dian)子伏(fu)特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮化硼快中(zhong)子探測(ce)器(qi)（FND），用于反應(ying)堆(dui)高(gao)溫高(gao)輻照(zhao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極端環境中(zhong)直(zhi)(zhi)接監測(ce)反應(ying)堆(dui)和(he)燃料(liao)狀(zhuang)態，該技(ji)術也有潛力取代目(mu)前(qian)(qian)在地熱和(he)測(ce)井工具(ju)中(zhong)使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氦-3氣體管中(zhong)子探測(ce)器(qi)。

4、發電

（1）核能(neng)利(li)(li)用(yong)(yong)的(de)相關(guan)技(ji)(ji)術(shu)改進(jin)和(he)材料研究。包括：①利(li)(li)用(yong)(yong)先進(jin)的(de)增材制(zhi)造技(ji)(ji)術(shu)開發一種新(xin)(xin)型鎢基(ji)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)熵(shang)合(he)金面向等離(li)子體(ti)(ti)組件（PFC）。②研究利(li)(li)用(yong)(yong)一種簡(jian)單的(de)熔鹽（一種氟化(hua)鋰和(he)氟化(hua)鈹的(de)混(hun)合(he)物(wu)）方法在聚變(bian)電廠中(zhong)增殖氚（T）的(de)可(ke)行性。③開展(zhan)新(xin)(xin)型的(de)氫硼(peng)（硼(peng)-11元素）核聚變(bian)研究。④利(li)(li)用(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)能(neng)非中(zhong)子粒子（如光(guang)子和(he)質(zhi)子）開發一種高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)效經(jing)濟處(chu)理高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)放長壽(shou)命裂變(bian)產(chan)物(wu)（LLFP）嬗變(bian)技(ji)(ji)術(shu)。⑤激光(guang)等離(li)子體(ti)(ti)不穩定飽和(he)機制(zhi)及其抑制(zhi)方法研究。⑥開發關(guan)鍵技(ji)(ji)術(shu)以高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)效回收核廢(fei)(fei)料中(zhong)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)價值的(de)元素可(ke)以提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)核資源的(de)利(li)(li)用(yong)(yong)率，減少核廢(fei)(fei)料的(de)產(chan)生，降(jiang)低燃(ran)料成本。

（2）先進(jin)(jin)燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)技術改進(jin)(jin)。研(yan)究一(yi)種新的(de)(de)無焰燃(ran)(ran)燒(shao)法，用于使用氫氣(qi)(qi)和天(tian)然氣(qi)(qi)混合(he)燃(ran)(ran)料的(de)(de)先進(jin)(jin)燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)(ji)。新技術可(ke)以打破目(mu)前燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)(ji)因為材料受限而(er)導致的(de)(de)效(xiao)(xiao)率上限，使得燃(ran)(ran)氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)(ji)聯合(he)循環（GTCC）效(xiao)(xiao)率有望達到67%或(huo)更高，同時滿足嚴(yan)格的(de)(de)排(pai)放標準。

（3）海(hai)上可再生能(neng)(neng)源(yuan)利用的(de)(de)相關研究。研究如何使海(hai)上漂(piao)浮式風力(li)渦輪機和海(hai)洋流體動(dong)力(li)系統能(neng)(neng)夠部署在現有系泊和錨定技術無(wu)法到達或成本(ben)過于昂貴的(de)(de)地區(qu)，以(yi)降低(di)海(hai)上可再生能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)成本(ben)。

（4）地(di)(di)熱(re)能(neng)(neng)利(li)用(yong)的(de)(de)相關研究。包括(kuo)：①提出了(le)“電(dian)-水(shui)(shui)力壓裂(lie)”（E-HF）技術(shu)(shu)用(yong)以提高增強型地(di)(di)熱(re)系統（EGS）的(de)(de)發電(dian)效率。該技術(shu)(shu)利(li)用(yong)高壓電(dian)力和少量注水(shui)(shui)進入更大(da)的(de)(de)裂(lie)縫網絡進行(xing)熱(re)回收。與傳統的(de)(de)水(shui)(shui)力壓裂(lie)相比，該技術(shu)(shu)通過限制水(shui)(shui)的(de)(de)使用(yong)，可節約2700億加侖的(de)(de)水(shui)(shui)，并將(jiang)提供未(wei)開(kai)發的(de)(de)地(di)(di)熱(re)能(neng)(neng)。②開(kai)發下一代長(chang)時(shi)儲(chu)熱(re)技術(shu)(shu)，實(shi)現地(di)(di)熱(re)能(neng)(neng)多(duo)天的(de)(de)長(chang)時(shi)存儲(chu)。此外將(jiang)開(kai)發一種基于光纖診斷平臺，以優(you)化監測地(di)(di)下動(dong)態過程。

（5）熔鹽(yan)反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)和太陽(yang)能熱(re)發電系(xi)統研究。包(bao)括：①開發一種具有抗蠕變、輻照和耐腐蝕性強(qiang)(qiang)的(de)沉淀強(qiang)(qiang)化(hua)合金，該合金將能夠(gou)應(ying)(ying)用于(yu)熔鹽(yan)反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)（MSR）、氟(fu)鹽(yan)冷卻高溫反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)（FHR）和聚光太陽(yang)能熱(re)發電（CSP）系(xi)統中。②開發一種耐高溫、耐化(hua)學腐蝕的(de)基于(yu)金剛石的(de)微流控(kong)阿爾法譜儀(yi)，該譜儀(yi)能夠(gou)在線精確測量液體燃(ran)料(liao)熔鹽(yan)反(fan)應(ying)(ying)堆(dui)（LF-MSR）燃(ran)料(liao)中的(de)阿爾法同位素。

5、電網

（1）開發高比(bi)例可再(zai)生(sheng)能源(yuan)并(bing)網下的(de)(de)電(dian)網高效穩(wen)定運營技術(shu)。包(bao)括(kuo)：①開發一種100千伏(fu)的(de)(de)GaN光導(dao)(dao)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)開關(guan)(guan)取(qu)代傳統硅技術(shu)制造(zao)的(de)(de)半(ban)導(dao)(dao)體(ti)開關(guan)(guan)，極大地提(ti)(ti)高效率(lv)(lv)并(bing)降低成(cheng)本。②把電(dian)力(li)(li)電(dian)子的(de)(de)功(gong)能優勢與高壓電(dian)纜的(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)密度(du)優勢結合起來，創(chuang)建一個緊密、一體(ti)化的(de)(de)結構，以(yi)取(qu)代當今(jin)電(dian)網中笨重、不靈活的(de)(de)變電(dian)站。③為逆變器主導(dao)(dao)的(de)(de)電(dian)力(li)(li)系統開發創(chuang)新的(de)(de)保護方(fang)案，提(ti)(ti)高可再(zai)生(sheng)能源(yuan)并(bing)網比(bi)例。

（2）圍繞(rao)電(dian)(dian)網(wang)開(kai)發相關的(de)(de)算法(fa)、模(mo)型、軟件(jian)和(he)控(kong)制(zhi)技術(shu)，優化(hua)電(dian)(dian)網(wang)運行(xing)效能。包括(kuo)：①利(li)用超導架(jia)空(kong)和(he)地下輸電(dian)(dian)線路，在單電(dian)(dian)壓（10千伏）的(de)(de)情況下，以(yi)具有成(cheng)本效益(yi)的(de)(de)方式將(jiang)大量(liang)電(dian)(dian)力（高(gao)達400兆瓦）從發電(dian)(dian)站向外(wai)輸送(song)。②開(kai)發演(yan)(yan)示一個結構化(hua)的(de)(de)微電(dian)(dian)網(wang)協調/控(kong)制(zhi)協同設計(ji)流程，從而選擇合適(shi)的(de)(de)設備(bei)、綜合控(kong)制(zhi)和(he)通(tong)信軟件(jian)及硬件(jian)架(jia)構。研究結果將(jiang)在模(mo)擬環境中進行(xing)驗(yan)證。還將(jiang)開(kai)發和(he)演(yan)(yan)示一個模(mo)塊化(hua)彈性微電(dian)(dian)網(wang)控(kong)制(zhi)集成(cheng)平臺(tai)。

6、針對制造業開發(fa)先進的節(jie)能(neng)技術(shu)，提高生產制造過程的能(neng)源效率

包括：①開發一種有(you)潛力(li)的(de)氫等離子體-回轉窯零碳煉鋼(gang)(gang)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)來(lai)替(ti)代傳統工(gong)(gong)(gong)業，該工(gong)(gong)(gong)藝(yi)無需使用(yong)(yong)焦(jiao)炭或天(tian)然氣(qi)(qi)，所消耗(hao)能(neng)源(yuan)比目前的(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)更少(shao)，并可(ke)能(neng)使鋼(gang)(gang)鐵行(xing)業每年(nian)減(jian)少(shao)超(chao)過(guo)10億噸碳排放。②開發一種無表面活性劑多(duo)相（MP）成形生(sheng)產(chan)纖(xian)維復合材(cai)料(liao)產(chan)品(pin)的(de)技術，減(jian)少(shao)生(sheng)產(chan)纖(xian)維復合材(cai)料(liao)（如紙(zhi)(zhi)、紙(zhi)(zhi)巾、紙(zhi)(zhi)板、非織(zhi)造布(bu)和(he)新(xin)型(xing)纖(xian)維產(chan)品(pin)）的(de)能(neng)耗(hao)和(he)碳排放。③開發一種熔模鑄(zhu)造技術，該技術可(ke)能(neng)從(cong)根本(ben)上改變工(gong)(gong)(gong)業燃氣(qi)(qi)輪機高價(jia)(jia)值(zhi)(zhi)金屬部件的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)流程，可(ke)比現有(you)的(de)鑄(zhu)造方法節省90%的(de)能(neng)源(yuan)，同時將生(sheng)產(chan)周期從(cong)一年(nian)多(duo)縮短(duan)到三個(ge)月(yue)以下。④利用(yong)(yong)電化(hua)(hua)學將廢(fei)舊產(chan)品(pin)和(he)低價(jia)(jia)值(zhi)(zhi)礦物轉化(hua)(hua)為有(you)價(jia)(jia)值(zhi)(zhi)的(de)碳中性材(cai)料(liao)。⑤創(chuang)建(jian)可(ke)擴展(zhan)的(de)用(yong)(yong)于氨氧化(hua)(hua)的(de)高熵合金（HEA）催(cui)化(hua)(hua)劑制造工(gong)(gong)(gong)藝(yi)，以提高催(cui)化(hua)(hua)活性、選擇性和(he)穩(wen)定性。⑥利用(yong)(yong)低成本(ben)的(de)可(ke)再生(sheng)電力(li)、垃圾廢(fei)棄物原料(liao)生(sheng)產(chan)可(ke)循環利用(yong)(yong)的(de)建(jian)筑(zhu)材(cai)料(liao)。

7、提高(gao)資源(yuan)利用效率以(yi)及碳(tan)捕集技術的(de)研發(fa)以(yi)減少碳(tan)排(pai)放

（1）碳(tan)捕(bu)集(ji)技術(shu)研發。包括：①使(shi)用無碳(tan)電力(li)驅(qu)動直(zhi)接(jie)空氣(qi)捕(bu)集(ji)（DAC）或海洋直(zhi)接(jie)捕(bu)集(ji)（DOC）環境(jing)中的(de)(de)CO2，可減(jian)少DAC和DOC的(de)(de)前期投資和運(yun)營成本。②設計(ji)、建造并演示一種改造平臺，有效封堵泄漏的(de)(de)廢棄油氣(qi)井(jing)，顯著減(jian)少和防止甲烷(wan)排放(fang)。③開(kai)發一種利用海水礦化(hua)CO2的(de)(de)新(xin)型電化(hua)學過(guo)程(cheng)。④開(kai)發一種新(xin)型固體吸附(fu)劑材料，稱為(wei)CO2捕(bu)集(ji)利用和封存(cun)氣(qi)凝膠(jiao)（CACTUS），用于CO2的(de)(de)直(zhi)接(jie)空氣(qi)捕(bu)集(ji)（DAC）。⑤開(kai)發碳(tan)封存(cun)工(gong)藝(yi)，使(shi)CO2礦化(hua)成為(wei)碳(tan)酸鹽穩定地(di)存(cun)儲在地(di)質地(di)層中。

（2）針對電源系統和(he)新(xin)能源研(yan)發(fa)(fa)能源技術(shu)。包括：①開發(fa)(fa)基于(yu)GaN的(de)小(xiao)型脈沖(chong)電源系統架(jia)構，以提高脈沖(chong)電源功率(lv)密度（電容器尺寸(cun)減(jian)小(xiao)10倍(bei)）和(he)功率(lv)轉換器壽命（在175℃以上(shang)運行1000小(xiao)時）。②研(yan)發(fa)(fa)成本更低且能夠以超快的(de)方式去(qu)除移動(dong)和(he)固定(ding)電氣系統上(shang)的(de)冰/雪/霜堆積新(xin)技術(shu)，計劃(hua)應(ying)用于(yu)光伏電站、熱泵熱交換器、風(feng)力(li)渦(wo)輪機和(he)電動(dong)飛機等特別受冰/雪/霜聚集(ji)現(xian)象影響的(de)領域。

8、儲能技術研發

包括：①研究將非活躍(yue)的(de)(de)(de)(de)油氣(qi)井轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為名為重力井的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)存(cun)(cun)儲(chu)設備（即(ji)以“重力”的(de)(de)(de)(de)形式(shi)儲(chu)存(cun)(cun)能(neng)(neng)量，當(dang)重物被強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)纜(lan)繩和絞(jiao)車吊(diao)在(zai)空中(zhong)時(shi)，它(ta)們(men)就(jiu)能(neng)(neng)儲(chu)存(cun)(cun)大量的(de)(de)(de)(de)勢(shi)能(neng)(neng)。當(dang)需(xu)要這些(xie)能(neng)(neng)量時(shi)，它(ta)們(men)可以被放下井筒、轉(zhuan)(zhuan)動絞(jiao)車，然后將電(dian)能(neng)(neng)輸送到電(dian)網中(zhong)），以創造一種新的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)存(cun)(cun)儲(chu)解決方案。②開發一種能(neng)(neng)夠使用(yong)可再生能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)混合電(dian)化(hua)學/光催化(hua)方法直接產生高壓(ya)氫氣(qi)（H2）技術(shu)，其(qi)在(zai)700 bar的(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮(suo)條件(jian)下生產氫氣(qi)的(de)(de)(de)(de)成本(ben)有望(wang)低于2美元(yuan)/千(qian)(qian)克。③開發新型的(de)(de)(de)(de)筒管式(shi)架構(gou)鋰(li)電(dian)池(chi)，該設計(ji)將增加電(dian)極材料的(de)(de)(de)(de)厚度，從(cong)而存(cun)(cun)儲(chu)超(chao)過目前研究的(de)(de)(de)(de)同(tong)等尺寸下儲(chu)存(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量，以降低每千(qian)(qian)瓦時(shi)能(neng)(neng)源(yuan)存(cun)(cun)儲(chu)的(de)(de)(de)(de)總成本(ben)。

9、交通運輸中的能量轉換相關(guan)技(ji)術(shu)研究(jiu)

包括(kuo)：①研(yan)發一種全新(xin)的(de)(de)固體氧化物燃料(liao)(liao)電池(chi)（SOFC）架構(gou)，該架構(gou)可以實現更小體積(ji)、更高(gao)功率(lv)密度，適用于交(jiao)通運輸應用，可以實現快速啟(qi)(qi)動(dong)(dong)和(he)長期耐(nai)用，解決傳統SOFC的(de)(de)缺點，包括(kuo)質量、體積(ji)大、啟(qi)(qi)動(dong)(dong)時間(jian)長、成本高(gao)等問題(ti)。②研(yan)發新(xin)型磁性(xing)和(he)絕緣(yuan)材(cai)料(liao)(liao)：一種新(xin)型復(fu)合磁粉（CMP）材(cai)料(liao)(liao)與陶瓷(ci)電泳沉積(ji)（EPD）絕緣(yuan)材(cai)料(liao)(liao)，來改變電動(dong)(dong)汽車電機的(de)(de)設計(ji)和(he)制造過程。③開(kai)發新(xin)型無離子聚合物電極，以實現鉑合金催化劑(ji)的(de)(de)超高(gao)氧還原(yuan)反應活性(xing)，獲得高(gao)功率(lv)密度聚合物電解質膜（PEM）燃料(liao)(liao)電池(chi)。

10、能源生(sheng)產和脫碳技(ji)術研究

（1）生產(chan)(chan)生物(wu)能(neng)源以(yi)及生物(wu)固碳研(yan)究。包括：①開(kai)(kai)發新的(de)(de)光(guang)合系統(tong)，利(li)(li)用(yong)(yong)太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)譜中以(yi)前未充分利(li)(li)用(yong)(yong)光(guang)譜（如近紅外波段）來生產(chan)(chan)太(tai)陽(yang)能(neng)燃料。②開(kai)(kai)發首個負碳生物(wu)精煉廠，將多種(zhong)有(you)機廢物(wu)原料轉(zhuan)化為揮發性脂肪酸（VFA）。③開(kai)(kai)發一(yi)種(zhong)可(ke)擴展的(de)(de)技(ji)術，實(shi)現直接從環境空氣(qi)(qi)中捕獲CO2并將其(qi)轉(zhuan)化為丁醇(chun)，可(ke)以(yi)用(yong)(yong)于(yu)航(hang)空噴氣(qi)(qi)燃料。④研(yan)究大(da)型藻(zao)類快(kuai)速(su)高產(chan)(chan)的(de)(de)培(pei)育技(ji)術，以(yi)實(shi)現利(li)(li)用(yong)(yong)藻(zao)類減少碳排(pai)放(fang)。⑤開(kai)(kai)發一(yi)種(zhong)新的(de)(de)生物(wu)碳固定(ding)途徑，以(yi)實(shi)現利(li)(li)用(yong)(yong)更有(you)效的(de)(de)羧化酶來更好地利(li)(li)用(yong)(yong)CO2。⑥利(li)(li)用(yong)(yong)植物(wu)或相關細菌對當前和(he)未來的(de)(de)合成氮(dan)源進行(xing)生物(wu)固定(ding)，每種(zhong)方法的(de)(de)每種(zhong)成分都在不(bu)同的(de)(de)時(shi)間向作(zuo)物(wu)提供氮(dan)，并影響能(neng)源、產(chan)(chan)量(liang)(liang)和(he)排(pai)放(fang)。⑦開(kai)(kai)發一(yi)種(zhong)新技(ji)術，由(you)低成本的(de)(de)無(wu)線傳(chuan)感器(qi)陣列組成，用(yong)(yong)于(yu)測量(liang)(liang)一(yi)氧(yang)(yang)化二氮(dan)（N2O）濃度和(he)排(pai)放(fang)驅動因素（銨態氮(dan)、硝酸鹽、氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)、水分、溫度、pH值和(he)反硝化酶）。⑧利(li)(li)用(yong)(yong)工業(ye)級無(wu)人機，演示適用(yong)(yong)于(yu)大(da)型農業(ye)用(yong)(yong)地的(de)(de)高時(shi)空分辨率遠程(cheng)N2O監測技(ji)術。

（2）通過(guo)其他的(de)(de)可再(zai)生方(fang)式生產(chan)低(di)碳能(neng)源或(huo)者降低(di)生產(chan)工(gong)藝(yi)中的(de)(de)碳排(pai)放。包括：①開發(fa)一種使(shi)用質(zhi)子傳導氧化(hua)膜（POM）的(de)(de)低(di)溫(wen)電解槽，與目前的(de)(de)商(shang)用聚(ju)合(he)物電解質(zhi)膜（PEM）電解槽相比，具有實現電流(liu)密(mi)(mi)度(du)和效(xiao)率階梯(ti)變(bian)化(hua)的(de)(de)潛力。可以在(zai)電流(liu)密(mi)(mi)度(du)高(gao)于傳統PEM電解槽的(de)(de)情(qing)況(kuang)下實現高(gao)效(xiao)的(de)(de)低(di)溫(wen)水電解。②開發(fa)變(bian)革性(xing)的(de)(de)自(zi)熱式氧化(hua)還原脫氫（RDH）技術，在(zai)模(mo)塊化(hua)包裝床中靈活(huo)地生產(chan)各種烯烴(jing)，驗(yan)證RDH技術的(de)(de)可行性(xing)和經濟(ji)性(xing)。③使(shi)用增材制造技術為(wei)化(hua)學反應器打(da)印(yin)3D陶(tao)瓷(ci)組(zu)件，該反應器能(neng)夠(gou)將CO2轉(zhuan)化(hua)為(wei)一種航空燃料。

11、交通運輸網絡

把人(ren)工智能(neng)與多尺度模擬和實時控制結合起來，創建一(yi)個名(ming)為(wei)AutonomIA交(jiao)(jiao)通(tong)管(guan)理系統，該系統可以減(jian)少交(jiao)(jiao)通(tong)擁(yong)堵，提高能(neng)源(yuan)效(xiao)率(lv)，并減(jian)少區域交(jiao)(jiao)通(tong)系統的CO2。

12、交通運輸儲(chu)能技(ji)術研究(jiu)

包括：①研發鎂負極代替(ti)(ti)鋰(li)負極，用有機材料代替(ti)(ti)過渡金(jin)屬正(zheng)極，這(zhe)種替(ti)(ti)代方式可(ke)(ke)以(yi)增強國家能源供應(ying)鏈的(de)安全。②開(kai)發一(yi)種新型電(dian)池隔膜(mo)，可(ke)(ke)以(yi)有效防止枝晶的(de)形成(cheng)。③開(kai)發由(you)纖維(wei)素離子(zi)導體(ti)組成(cheng)新型電(dian)解質(zhi)，在(zai)此基礎上(shang)設(she)計開(kai)發快速充電(dian)電(dian)池。

13、交通工具研究

（1）高(gao)性能電(dian)動(dong)交通工具相關研究。包括：①開(kai)(kai)發新(xin)(xin)型磁(ci)體，以提高(gao)磁(ci)體的運(yun)行能量密(mi)度(du)，提高(gao)電(dian)機效率(lv)(lv)。②開(kai)(kai)發一種高(gao)功率(lv)(lv)密(mi)度(du)的電(dian)機，以開(kai)(kai)發出功率(lv)(lv)高(gao)達10兆瓦(wa)及以上的電(dian)動(dong)飛(fei)機推進系統(tong)。③開(kai)(kai)發一個自動(dong)、電(dian)池(chi)驅動(dong)的軌(gui)道(dao)(dao)車輛運(yun)輸系統(tong)，并帶有一個先進的測試程序。該(gai)新(xin)(xin)型運(yun)輸系統(tong)將使終(zhong)端變得更小、更清(qing)潔，為新(xin)(xin)型、清(qing)潔的貨物運(yun)輸開(kai)(kai)辟道(dao)(dao)路。④為電(dian)動(dong)飛(fei)機開(kai)(kai)發超輕、高(gao)效的直流-直流（DC-DC）電(dian)源轉換器，以減少溫室氣體排(pai)放量，同時減少全(quan)國機場的噪音(yin)污染(ran)。

（2）利用輕量化材(cai)料開(kai)發設(she)計更加(jia)先進的(de)車(che)(che)輛(liang)架(jia)(jia)構。開(kai)發一種(zhong)(zhong)新的(de)復合(he)材(cai)料成形(xing)路線，即復合(he)架(jia)(jia)構材(cai)料加(jia)工（CAMP），以提供一種(zhong)(zhong)快速(su)經濟的(de)復合(he)材(cai)料輕量化車(che)(che)輛(liang)架(jia)(jia)構制造過程(cheng)，從而實現大(da)批量成本效(xiao)益、輕量化和節能的(de)汽車(che)(che)結構組件生產制造。

（3）高(gao)(gao)效的氫動力(li)(li)渦輪發動機開(kai)發。為商用(yong)航(hang)空(kong)設計一種新穎、高(gao)(gao)效的氫動力(li)(li)渦輪機，減(jian)少CO2以(yi)及(ji)氮(dan)氧化物（NOx）排放。

（4）改進催化(hua)劑設計，減少化(hua)學工(gong)業(ye)中的(de)溫室氣體排放。設計新(xin)的(de)化(hua)學催化(hua)劑，以減少能源(yuan)的(de)使用(yong)和大量化(hua)學反(fan)應產生的(de)碳足跡(ji)。

編者按：ARPA-E除(chu)了(le)設立特定(ding)領(ling)域主題研究計(ji)(ji)劃(hua)外(wai)，還每三(san)(san)年開展一次(ci)開放式(shi)項(xiang)目招標(biao)計(ji)(ji)劃(hua)。OPEN招標(biao)計(ji)(ji)劃(hua)于2009年推(tui)出，旨在(zai)(zai)支持非共(gong)識探索研究和(he)機會型探索研究，避(bi)免遺漏在(zai)(zai)主題研究領(ling)域之外(wai)的創新(xin)思想。2009年第一輪開放式(shi)招標(biao)（OPEN 2009）資(zi)助了(le)1.67億(yi)美(mei)元，2012年第二輪（OPEN 2012）資(zi)助了(le)1.3億(yi)美(mei)元，2015年第三(san)(san)輪（OPEN 2015）資(zi)助了(le)1.25億(yi)美(mei)元，2018年第四輪（OPEN 2018）資(zi)助了(le)1.99億(yi)美(mei)元。