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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（GaN）半導(dao)體(ti)的(de)直接發(fa)射綠(lv)光的(de)發(fa)光二極管(guan)（LED），以加(jia)速固(gu)(gu)態(tai)照(zhao)明(ming)（SSL）光源的(de)使用和普及。與非固(gu)(gu)態(tai)照(zhao)明(ming)相比，可以減少約25%與照(zhao)明(ming)相關的(de)溫室氣(qi)體(ti)排放(fang)。到2035年(nian)，向SSL過渡(du)可以使美國能(neng)源相關溫室氣(qi)體(ti)排放(fang)比非SSL減少55%。

2、分布式能源

設計和建造一個能夠利用可再生能源直接將煙道(dao)氣中(zhong)的CO2電催化(hua)還原為高價值化(hua)學品（如乙醇(chun)、丙醇(chun)等(deng)）的高性能反(fan)應裝置，以(yi)實現綠色高效減排。

3、提高(gao)電(dian)力電(dian)子器件和設備效率

包括：①開發(fa)一(yi)(yi)種(zhong)突破性(xing)的(de)無線(xian)充(chong)電(dian)(dian)系統，用于(yu)電(dian)(dian)動汽車的(de)靜態(tai)(tai)和動態(tai)(tai)充(chong)電(dian)(dian)，以(yi)大(da)幅減少(shao)對昂貴和笨重的(de)車載電(dian)(dian)池需求(qiu)，提(ti)高(gao)(gao)(gao)續航(hang)里程(cheng)，并(bing)加(jia)速(su)電(dian)(dian)動汽車的(de)普及。②開發(fa)基于(yu)GaN的(de)二極(ji)管(guan)和晶(jing)體管(guan)的(de)新一(yi)(yi)代電(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)子產品，其性(xing)能(neng)將(jiang)(jiang)大(da)大(da)超過目前的(de)電(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)子器件。③研究(jiu)通(tong)過增材制(zhi)(zhi)造(zao)技術制(zhi)(zhi)造(zao)具(ju)(ju)有(you)(you)網絡狀結構的(de)非晶(jing)金屬氧化物軟磁復合材料(liao)（SMC），從而降低成本，減少(shao)材料(liao)浪(lang)費(fei)。④為電(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)子模塊開發(fa)3D打(da)印陶瓷封裝，以(yi)改善其熱(re)管(guan)理、功(gong)率密度(du)、性(xing)能(neng)和壽命。⑤為數(shu)據中(zhong)(zhong)心開發(fa)一(yi)(yi)種(zhong)節(jie)(jie)能(neng)的(de)兩相冷(leng)卻(que)系統，以(yi)減少(shao)冷(leng)卻(que)能(neng)耗并(bing)減少(shao)用水。⑥開發(fa)一(yi)(yi)種(zhong)高(gao)(gao)(gao)性(xing)能(neng)冷(leng)卻(que)板，其帶有(you)(you)一(yi)(yi)個螺旋擾流(liu)器，可以(yi)將(jiang)(jiang)換(huan)熱(re)速(su)率提(ti)高(gao)(gao)(gao)3倍(bei)，從而提(ti)高(gao)(gao)(gao)數(shu)據中(zhong)(zhong)心未來服務(wu)器的(de)能(neng)源效率。⑦開發(fa)一(yi)(yi)種(zhong)高(gao)(gao)(gao)效、資源節(jie)(jie)約(yue)的(de)熱(re)能(neng)設(she)備，它將(jiang)(jiang)同時提(ti)高(gao)(gao)(gao)服務(wu)器冷(leng)卻(que)能(neng)源效率，并(bing)提(ti)供可直接(jie)用于(yu)建筑供暖與制(zhi)(zhi)冷(leng)的(de)高(gao)(gao)(gao)質量熱(re)能(neng)。⑧開發(fa)能(neng)量高(gao)(gao)(gao)達數(shu)十兆電(dian)(dian)子伏特的(de)氮(dan)化硼(peng)快(kuai)中(zhong)(zhong)子探測器（FND），用于(yu)反應堆(dui)高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)輻(fu)照的(de)極(ji)端環(huan)境中(zhong)(zhong)直接(jie)監測反應堆(dui)和燃料(liao)狀態(tai)(tai)，該(gai)技術也有(you)(you)潛(qian)力(li)取代目前在(zai)地熱(re)和測井(jing)工具(ju)(ju)中(zhong)(zhong)使用的(de)氦-3氣(qi)體管(guan)中(zhong)(zhong)子探測器。

4、發電

（1）核(he)能利(li)(li)用的(de)相關技術(shu)(shu)改進和材料(liao)研究。包括：①利(li)(li)用先(xian)進的(de)增(zeng)材制造(zao)技術(shu)(shu)開(kai)發一種新型鎢基(ji)高(gao)(gao)熵合(he)金面向等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體組件（PFC）。②研究利(li)(li)用一種簡單的(de)熔鹽（一種氟(fu)化鋰和氟(fu)化鈹(pi)的(de)混合(he)物(wu)）方法(fa)在聚(ju)變電廠(chang)中增(zeng)殖(zhi)氚（T）的(de)可行(xing)性。③開(kai)展新型的(de)氫硼（硼-11元(yuan)素(su)）核(he)聚(ju)變研究。④利(li)(li)用高(gao)(gao)能非中子(zi)(zi)(zi)粒子(zi)(zi)(zi)（如光(guang)子(zi)(zi)(zi)和質子(zi)(zi)(zi)）開(kai)發一種高(gao)(gao)效(xiao)經濟處理高(gao)(gao)放長壽命裂變產(chan)物(wu)（LLFP）嬗變技術(shu)(shu)。⑤激(ji)光(guang)等(deng)離子(zi)(zi)(zi)體不穩定飽和機(ji)制及其抑(yi)制方法(fa)研究。⑥開(kai)發關鍵技術(shu)(shu)以高(gao)(gao)效(xiao)回(hui)收核(he)廢料(liao)中高(gao)(gao)價(jia)值(zhi)的(de)元(yuan)素(su)可以提(ti)高(gao)(gao)核(he)資源的(de)利(li)(li)用率，減少核(he)廢料(liao)的(de)產(chan)生，降低燃料(liao)成本。

（2）先(xian)進燃(ran)氣(qi)(qi)輪(lun)(lun)機(ji)燃(ran)燒技術改進。研究一種新的(de)無焰燃(ran)燒法，用于使(shi)用氫氣(qi)(qi)和天然氣(qi)(qi)混合燃(ran)料的(de)先(xian)進燃(ran)氣(qi)(qi)輪(lun)(lun)機(ji)。新技術可以打破(po)目前燃(ran)氣(qi)(qi)輪(lun)(lun)機(ji)因為(wei)材料受限(xian)而導致(zhi)的(de)效率上限(xian)，使(shi)得燃(ran)氣(qi)(qi)輪(lun)(lun)機(ji)聯合循環（GTCC）效率有望達到(dao)67%或更(geng)高(gao)，同(tong)時滿足嚴(yan)格的(de)排(pai)放標準。

（3）海(hai)上可再生(sheng)(sheng)能(neng)源利用的相(xiang)關研究。研究如何使海(hai)上漂浮式風力(li)渦輪機和(he)海(hai)洋流(liu)體動力(li)系統能(neng)夠部署(shu)在現有系泊和(he)錨定(ding)技術無法到達或成本過(guo)于昂貴(gui)的地區，以降低海(hai)上可再生(sheng)(sheng)能(neng)源的成本。

（4）地(di)熱能利用(yong)的(de)(de)相關(guan)研究(jiu)。包括：①提出了“電(dian)-水(shui)(shui)力壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)”（E-HF）技術(shu)用(yong)以(yi)提高增強型地(di)熱系(xi)統(tong)（EGS）的(de)(de)發(fa)電(dian)效率(lv)。該(gai)技術(shu)利用(yong)高壓(ya)電(dian)力和(he)少量注水(shui)(shui)進(jin)入(ru)更大的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)縫網絡進(jin)行熱回(hui)收(shou)。與(yu)傳統(tong)的(de)(de)水(shui)(shui)力壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)相比，該(gai)技術(shu)通(tong)過限制水(shui)(shui)的(de)(de)使(shi)用(yong)，可節約2700億加(jia)侖的(de)(de)水(shui)(shui)，并將提供(gong)未開(kai)(kai)發(fa)的(de)(de)地(di)熱能。②開(kai)(kai)發(fa)下一代長(chang)時(shi)儲(chu)熱技術(shu)，實現地(di)熱能多天的(de)(de)長(chang)時(shi)存(cun)儲(chu)。此外將開(kai)(kai)發(fa)一種基于光纖診斷平臺，以(yi)優化(hua)監(jian)測地(di)下動態過程。

（5）熔(rong)鹽(yan)反應(ying)(ying)(ying)堆(dui)和(he)太陽能(neng)(neng)熱發(fa)電系統研(yan)究。包括：①開發(fa)一(yi)種具(ju)有抗蠕(ru)變、輻照和(he)耐(nai)腐蝕(shi)性強的沉(chen)淀強化合(he)金，該合(he)金將能(neng)(neng)夠(gou)應(ying)(ying)(ying)用于熔(rong)鹽(yan)反應(ying)(ying)(ying)堆(dui)（MSR）、氟鹽(yan)冷(leng)卻高溫反應(ying)(ying)(ying)堆(dui)（FHR）和(he)聚光太陽能(neng)(neng)熱發(fa)電（CSP）系統中。②開發(fa)一(yi)種耐(nai)高溫、耐(nai)化學腐蝕(shi)的基于金剛石的微流控(kong)阿(a)爾法譜儀，該譜儀能(neng)(neng)夠(gou)在線精確(que)測量液體燃料熔(rong)鹽(yan)反應(ying)(ying)(ying)堆(dui)（LF-MSR）燃料中的阿(a)爾法同位(wei)素。

5、電網

（1）開(kai)(kai)(kai)發高(gao)(gao)(gao)(gao)比(bi)例(li)可再生(sheng)能源并網下的(de)電(dian)網高(gao)(gao)(gao)(gao)效穩定運營(ying)技術。包括：①開(kai)(kai)(kai)發一種100千伏的(de)GaN光(guang)導(dao)半導(dao)體(ti)(ti)開(kai)(kai)(kai)關(guan)取(qu)代傳統(tong)硅技術制(zhi)造的(de)半導(dao)體(ti)(ti)開(kai)(kai)(kai)關(guan)，極大地提高(gao)(gao)(gao)(gao)效率并降低成本。②把(ba)電(dian)力電(dian)子的(de)功能優勢與高(gao)(gao)(gao)(gao)壓電(dian)纜的(de)功率密度(du)優勢結(jie)(jie)合起來，創建一個緊(jin)密、一體(ti)(ti)化的(de)結(jie)(jie)構(gou)，以(yi)取(qu)代當今電(dian)網中笨重、不(bu)靈活的(de)變(bian)電(dian)站。③為(wei)逆(ni)變(bian)器主導(dao)的(de)電(dian)力系統(tong)開(kai)(kai)(kai)發創新(xin)的(de)保護方案，提高(gao)(gao)(gao)(gao)可再生(sheng)能源并網比(bi)例(li)。

（2）圍(wei)繞(rao)電(dian)(dian)網(wang)開發相關的(de)(de)(de)算法、模型、軟件和(he)(he)控(kong)制(zhi)技術，優化(hua)電(dian)(dian)網(wang)運行效能。包(bao)括：①利用超導架(jia)空(kong)和(he)(he)地下輸電(dian)(dian)線路，在單電(dian)(dian)壓（10千伏）的(de)(de)(de)情況下，以具有成(cheng)本效益的(de)(de)(de)方(fang)式將(jiang)大量電(dian)(dian)力（高達400兆瓦）從(cong)發電(dian)(dian)站向外輸送(song)。②開發演示一個結構化(hua)的(de)(de)(de)微電(dian)(dian)網(wang)協(xie)調/控(kong)制(zhi)協(xie)同設計流程，從(cong)而選擇合適的(de)(de)(de)設備、綜合控(kong)制(zhi)和(he)(he)通信軟件及硬件架(jia)構。研究(jiu)結果將(jiang)在模擬環(huan)境中進行驗證(zheng)。還將(jiang)開發和(he)(he)演示一個模塊化(hua)彈(dan)性微電(dian)(dian)網(wang)控(kong)制(zhi)集成(cheng)平臺(tai)。

6、針對制(zhi)造業開發先進的節能技術，提高(gao)生產(chan)制(zhi)造過(guo)程的能源效率

包(bao)括(kuo)：①開發一(yi)(yi)種(zhong)有(you)潛力的(de)(de)(de)(de)(de)氫等離子體-回轉窯零碳(tan)煉鋼(gang)工藝來替代傳統工業，該工藝無需使(shi)用(yong)焦炭或天然氣(qi)，所(suo)消耗能源比(bi)目(mu)前的(de)(de)(de)(de)(de)工藝更少，并(bing)可(ke)能使(shi)鋼(gang)鐵行業每年(nian)(nian)減少超過10億(yi)噸碳(tan)排放。②開發一(yi)(yi)種(zhong)無表面活性劑多相(xiang)（MP）成(cheng)形生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)纖(xian)維(wei)復(fu)合材(cai)(cai)料產(chan)(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)技術(shu)，減少生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)纖(xian)維(wei)復(fu)合材(cai)(cai)料（如紙、紙巾、紙板、非織造(zao)布和(he)新型(xing)纖(xian)維(wei)產(chan)(chan)(chan)品(pin)）的(de)(de)(de)(de)(de)能耗和(he)碳(tan)排放。③開發一(yi)(yi)種(zhong)熔(rong)模鑄造(zao)技術(shu)，該技術(shu)可(ke)能從(cong)根本(ben)上改變工業燃氣(qi)輪機高(gao)價值金屬部件的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)工藝流程，可(ke)比(bi)現有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)鑄造(zao)方(fang)法節(jie)省90%的(de)(de)(de)(de)(de)能源，同(tong)時將(jiang)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)周期從(cong)一(yi)(yi)年(nian)(nian)多縮短到(dao)三個月(yue)以(yi)下。④利(li)用(yong)電化(hua)學將(jiang)廢舊產(chan)(chan)(chan)品(pin)和(he)低價值礦(kuang)物轉化(hua)為有(you)價值的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)中性材(cai)(cai)料。⑤創建(jian)可(ke)擴展的(de)(de)(de)(de)(de)用(yong)于氨氧化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)熵(shang)合金（HEA）催(cui)化(hua)劑制造(zao)工藝，以(yi)提高(gao)催(cui)化(hua)活性、選擇性和(he)穩定性。⑥利(li)用(yong)低成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)再生(sheng)(sheng)(sheng)電力、垃圾廢棄(qi)物原料生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)(chan)(chan)可(ke)循環利(li)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)建(jian)筑材(cai)(cai)料。

7、提高資源利用效率(lv)以(yi)及碳捕集技術的研發以(yi)減少碳排放

（1）碳(tan)捕(bu)集(ji)技術研發(fa)。包(bao)括(kuo)：①使用(yong)無碳(tan)電(dian)力驅動(dong)直(zhi)接空(kong)氣(qi)捕(bu)集(ji)（DAC）或海洋直(zhi)接捕(bu)集(ji)（DOC）環境中的(de)CO2，可(ke)減少(shao)DAC和(he)DOC的(de)前期投資(zi)和(he)運營成本(ben)。②設計、建造并演示一種改造平臺，有(you)效封(feng)堵泄漏的(de)廢棄油氣(qi)井(jing)，顯著減少(shao)和(he)防(fang)止(zhi)甲烷排放。③開發(fa)一種利用(yong)海水(shui)礦化(hua)CO2的(de)新型(xing)電(dian)化(hua)學過程。④開發(fa)一種新型(xing)固體吸附劑材料(liao)，稱(cheng)為CO2捕(bu)集(ji)利用(yong)和(he)封(feng)存(cun)氣(qi)凝膠(jiao)（CACTUS），用(yong)于CO2的(de)直(zhi)接空(kong)氣(qi)捕(bu)集(ji)（DAC）。⑤開發(fa)碳(tan)封(feng)存(cun)工藝，使CO2礦化(hua)成為碳(tan)酸鹽穩定地存(cun)儲在地質地層中。

（2）針對電(dian)源(yuan)(yuan)系統和(he)新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)研發(fa)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)技(ji)術。包括：①開(kai)發(fa)基于GaN的(de)小(xiao)(xiao)型脈(mo)沖(chong)電(dian)源(yuan)(yuan)系統架(jia)構，以(yi)提高脈(mo)沖(chong)電(dian)源(yuan)(yuan)功率密度（電(dian)容器(qi)尺(chi)寸減小(xiao)(xiao)10倍）和(he)功率轉(zhuan)換(huan)器(qi)壽命（在175℃以(yi)上(shang)運行(xing)1000小(xiao)(xiao)時）。②研發(fa)成本(ben)更低且能(neng)(neng)夠以(yi)超快的(de)方式去除移動和(he)固定(ding)電(dian)氣系統上(shang)的(de)冰/雪/霜堆積新(xin)技(ji)術，計劃應(ying)用(yong)于光伏電(dian)站(zhan)、熱(re)泵熱(re)交換(huan)器(qi)、風力(li)渦輪機和(he)電(dian)動飛機等特別受冰/雪/霜聚集現象影響的(de)領域。

8、儲能技術研發

包(bao)括：①研究(jiu)將(jiang)非活(huo)躍的油氣井轉(zhuan)換為(wei)名(ming)為(wei)重力井的能(neng)源(yuan)存(cun)(cun)儲(chu)設備(bei)（即以(yi)“重力”的形(xing)式(shi)儲(chu)存(cun)(cun)能(neng)量，當(dang)重物被(bei)強大(da)的纜繩(sheng)和絞車(che)吊在(zai)空中時(shi)，它們(men)就能(neng)儲(chu)存(cun)(cun)大(da)量的勢能(neng)。當(dang)需(xu)要這些能(neng)量時(shi)，它們(men)可以(yi)被(bei)放(fang)下(xia)井筒、轉(zhuan)動絞車(che)，然后將(jiang)電(dian)能(neng)輸(shu)送(song)到電(dian)網中），以(yi)創造一種新的能(neng)源(yuan)存(cun)(cun)儲(chu)解決方(fang)案。②開發一種能(neng)夠使用可再(zai)生能(neng)源(yuan)的混合電(dian)化學/光(guang)催化方(fang)法直接產生高壓氫(qing)氣（H2）技術，其在(zai)700 bar的壓縮條件(jian)下(xia)生產氫(qing)氣的成本(ben)有望低(di)于2美元/千克。③開發新型的筒管式(shi)架構鋰電(dian)池(chi)，該(gai)設計將(jiang)增(zeng)加電(dian)極材料的厚(hou)度，從(cong)而存(cun)(cun)儲(chu)超過目前研究(jiu)的同等尺(chi)寸下(xia)儲(chu)存(cun)(cun)的能(neng)量，以(yi)降(jiang)低(di)每千瓦(wa)時(shi)能(neng)源(yuan)存(cun)(cun)儲(chu)的總(zong)成本(ben)。

9、交通運輸(shu)中的能(neng)量轉換相關技術(shu)研究

包括：①研(yan)發(fa)一(yi)種全新(xin)的固體(ti)(ti)氧(yang)化物燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)（SOFC）架構(gou)，該架構(gou)可以(yi)(yi)實現(xian)更小體(ti)(ti)積、更高功(gong)率(lv)密度(du)(du)，適用于交通運輸應(ying)用，可以(yi)(yi)實現(xian)快速啟動和長期耐用，解(jie)決(jue)傳統SOFC的缺點，包括質量(liang)、體(ti)(ti)積大、啟動時間長、成(cheng)本高等問題(ti)。②研(yan)發(fa)新(xin)型磁性(xing)和絕緣材料(liao)(liao)：一(yi)種新(xin)型復(fu)合(he)(he)磁粉（CMP）材料(liao)(liao)與陶瓷電(dian)(dian)(dian)(dian)泳沉積（EPD）絕緣材料(liao)(liao)，來改變電(dian)(dian)(dian)(dian)動汽車電(dian)(dian)(dian)(dian)機的設計(ji)和制造(zao)過程。③開發(fa)新(xin)型無離(li)子(zi)聚合(he)(he)物電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)，以(yi)(yi)實現(xian)鉑(bo)合(he)(he)金(jin)催化劑的超高氧(yang)還原反應(ying)活性(xing)，獲得(de)高功(gong)率(lv)密度(du)(du)聚合(he)(he)物電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質膜（PEM）燃(ran)料(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。

10、能源生產和(he)脫碳技術研究(jiu)

（1）生(sheng)產(chan)生(sheng)物(wu)能(neng)源以(yi)及生(sheng)物(wu)固(gu)碳(tan)研究。包括：①開(kai)(kai)發(fa)(fa)新的光合(he)系統，利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)太陽(yang)能(neng)光譜中以(yi)前(qian)(qian)未(wei)充分(fen)利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)光譜（如近紅外波段(duan)）來(lai)生(sheng)產(chan)太陽(yang)能(neng)燃料(liao)。②開(kai)(kai)發(fa)(fa)首個負碳(tan)生(sheng)物(wu)精煉廠，將多(duo)種有(you)機廢(fei)物(wu)原(yuan)料(liao)轉(zhuan)化(hua)為揮發(fa)(fa)性脂肪酸（VFA）。③開(kai)(kai)發(fa)(fa)一(yi)種可擴展(zhan)的技(ji)術(shu)(shu)，實現直接從環境(jing)空(kong)氣中捕獲CO2并將其轉(zhuan)化(hua)為丁醇，可以(yi)用(yong)(yong)(yong)于(yu)航空(kong)噴氣燃料(liao)。④研究大型藻類(lei)快速高產(chan)的培(pei)育(yu)技(ji)術(shu)(shu)，以(yi)實現利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)藻類(lei)減少碳(tan)排(pai)放。⑤開(kai)(kai)發(fa)(fa)一(yi)種新的生(sheng)物(wu)碳(tan)固(gu)定(ding)途徑，以(yi)實現利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)更有(you)效(xiao)的羧(suo)化(hua)酶(mei)來(lai)更好地利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)CO2。⑥利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)植物(wu)或(huo)相關細菌對當前(qian)(qian)和未(wei)來(lai)的合(he)成(cheng)氮源進行(xing)生(sheng)物(wu)固(gu)定(ding)，每種方(fang)法的每種成(cheng)分(fen)都(dou)在(zai)不同的時間向作物(wu)提(ti)供氮，并影響(xiang)能(neng)源、產(chan)量(liang)和排(pai)放。⑦開(kai)(kai)發(fa)(fa)一(yi)種新技(ji)術(shu)(shu)，由低(di)成(cheng)本的無線傳感(gan)器(qi)陣列組成(cheng)，用(yong)(yong)(yong)于(yu)測量(liang)一(yi)氧化(hua)二氮（N2O）濃度和排(pai)放驅動因素（銨(an)態氮、硝酸鹽、氧氣、水分(fen)、溫度、pH值和反硝化(hua)酶(mei)）。⑧利(li)(li)用(yong)(yong)(yong)工業級無人機，演示適用(yong)(yong)(yong)于(yu)大型農業用(yong)(yong)(yong)地的高時空(kong)分(fen)辨率(lv)遠(yuan)程N2O監(jian)測技(ji)術(shu)(shu)。

（2）通(tong)過其他的(de)(de)可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)方式(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)低碳能(neng)源或者降低生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)工藝中(zhong)的(de)(de)碳排放。包括(kuo)：①開發一種(zhong)使用質子傳(chuan)導氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜（POM）的(de)(de)低溫(wen)電解(jie)(jie)槽，與目前的(de)(de)商用聚合物電解(jie)(jie)質膜（PEM）電解(jie)(jie)槽相比，具有實現電流(liu)密度(du)和(he)效率階(jie)梯變化(hua)(hua)的(de)(de)潛(qian)力。可(ke)(ke)以在(zai)電流(liu)密度(du)高于(yu)傳(chuan)統PEM電解(jie)(jie)槽的(de)(de)情(qing)況下實現高效的(de)(de)低溫(wen)水電解(jie)(jie)。②開發變革性(xing)(xing)的(de)(de)自(zi)熱式(shi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)還原脫氫(qing)（RDH）技(ji)術，在(zai)模塊化(hua)(hua)包裝床中(zhong)靈活地生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)各種(zhong)烯烴(jing)，驗證(zheng)RDH技(ji)術的(de)(de)可(ke)(ke)行性(xing)(xing)和(he)經濟(ji)性(xing)(xing)。③使用增材制造技(ji)術為化(hua)(hua)學反應器打(da)印3D陶瓷組(zu)件，該反應器能(neng)夠(gou)將CO2轉化(hua)(hua)為一種(zhong)航空燃料(liao)。

11、交通運輸網絡

把人工智能與(yu)多尺(chi)度模擬和實時控制結合起來(lai)，創建一個名(ming)為AutonomIA交(jiao)通管理系統，該系統可以(yi)減少交(jiao)通擁堵，提高(gao)能源效率，并減少區域交(jiao)通系統的CO2。

12、交通運輸(shu)儲(chu)能技(ji)術研究

包括(kuo)：①研發(fa)鎂負極代(dai)替鋰負極，用(yong)有(you)機材料代(dai)替過渡金(jin)屬正極，這種替代(dai)方式可以(yi)增強國(guo)家能源供(gong)應鏈的安全(quan)。②開(kai)發(fa)一種新型(xing)電(dian)池隔膜，可以(yi)有(you)效(xiao)防止枝晶的形(xing)成(cheng)(cheng)。③開(kai)發(fa)由纖(xian)維素離子導體組成(cheng)(cheng)新型(xing)電(dian)解質，在此基(ji)礎上設計開(kai)發(fa)快(kuai)速(su)充電(dian)電(dian)池。

13、交通工具研究

（1）高(gao)(gao)性能(neng)電動交(jiao)通工具相(xiang)關(guan)研(yan)究(jiu)。包括：①開發(fa)新型(xing)磁體，以(yi)提高(gao)(gao)磁體的(de)運行能(neng)量密度，提高(gao)(gao)電機(ji)效(xiao)率。②開發(fa)一種高(gao)(gao)功率密度的(de)電機(ji)，以(yi)開發(fa)出功率高(gao)(gao)達10兆瓦及以(yi)上(shang)的(de)電動飛(fei)機(ji)推(tui)進系(xi)統(tong)。③開發(fa)一個自動、電池(chi)驅動的(de)軌(gui)道(dao)車(che)輛運輸(shu)系(xi)統(tong)，并帶有(you)一個先進的(de)測(ce)試程序。該新型(xing)運輸(shu)系(xi)統(tong)將使終端變得(de)更(geng)小、更(geng)清(qing)潔(jie)，為新型(xing)、清(qing)潔(jie)的(de)貨物運輸(shu)開辟道(dao)路。④為電動飛(fei)機(ji)開發(fa)超輕、高(gao)(gao)效(xiao)的(de)直流(liu)-直流(liu)（DC-DC）電源轉換器，以(yi)減少(shao)溫(wen)室氣體排放量，同時減少(shao)全國機(ji)場(chang)的(de)噪音(yin)污染。

（2）利(li)用輕(qing)量(liang)化(hua)材(cai)料(liao)開(kai)發(fa)設計更加先(xian)進的(de)車輛架(jia)構(gou)(gou)。開(kai)發(fa)一種(zhong)新的(de)復合(he)材(cai)料(liao)成(cheng)形路線(xian)，即復合(he)架(jia)構(gou)(gou)材(cai)料(liao)加工(gong)（CAMP），以(yi)提供一種(zhong)快速經濟(ji)的(de)復合(he)材(cai)料(liao)輕(qing)量(liang)化(hua)車輛架(jia)構(gou)(gou)制(zhi)(zhi)造(zao)過程，從而(er)實現(xian)大(da)批量(liang)成(cheng)本效益、輕(qing)量(liang)化(hua)和節能的(de)汽車結構(gou)(gou)組件(jian)生產制(zhi)(zhi)造(zao)。

（3）高效的(de)氫動(dong)力(li)渦(wo)輪發動(dong)機開發。為商用航空設計一種(zhong)新穎、高效的(de)氫動(dong)力(li)渦(wo)輪機，減少CO2以及氮氧化物（NOx）排放。

（4）改進催化(hua)劑(ji)設計，減(jian)少(shao)化(hua)學工業(ye)中的溫室氣體排放。設計新(xin)的化(hua)學催化(hua)劑(ji)，以減(jian)少(shao)能源的使用和大量化(hua)學反應產生(sheng)的碳足(zu)跡。

編者按：ARPA-E除(chu)了設(she)立特定領域主題(ti)研究(jiu)計(ji)(ji)(ji)劃外(wai)(wai)，還(huan)每三(san)年開展一次開放(fang)式項目招標計(ji)(ji)(ji)劃。OPEN招標計(ji)(ji)(ji)劃于2009年推(tui)出，旨在支持非共識探索研究(jiu)和機(ji)會型探索研究(jiu)，避免遺(yi)漏在主題(ti)研究(jiu)領域之外(wai)(wai)的創新(xin)思想(xiang)。2009年第一輪(lun)(lun)開放(fang)式招標（OPEN 2009）資(zi)助(zhu)(zhu)(zhu)了1.67億(yi)美元，2012年第二(er)輪(lun)(lun)（OPEN 2012）資(zi)助(zhu)(zhu)(zhu)了1.3億(yi)美元，2015年第三(san)輪(lun)(lun)（OPEN 2015）資(zi)助(zhu)(zhu)(zhu)了1.25億(yi)美元，2018年第四輪(lun)(lun)（OPEN 2018）資(zi)助(zhu)(zhu)(zhu)了1.99億(yi)美元。