ARPA-E , или Advanced Research Projects Agency–Energy , — правительственное агентство США , занимающееся продвижением и финансированием исследований и разработок в области передовых энергетических технологий. Оно создано по образцу Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).
По состоянию на 9 января 2023 года [update]действующим директором является Эвелин Ванг . [1]
ARPA-E изначально был задуман в докладе Национальных академий под названием «Подъем над надвигающейся бурей: энергетическая и трудовая занятость Америки для более светлого экономического будущего» . В докладе описывалась необходимость стимулирования инноваций и разработки чистой, доступной и надежной энергии в США. [2] ARPA-E был официально создан Законом Америки COMPETES , автором которого был конгрессмен Барт Гордон , [3] в Министерстве энергетики США (DOE) в 2007 году, хотя и без бюджета. Первоначальный бюджет в размере около 400 миллионов долларов был частью законопроекта об экономическом стимулировании от февраля 2009 года. [4] В начале января 2011 года Закон Америки о повторной авторизации COMPETES 2010 года внес дополнительные изменения в структуру ARPA-E; эта структура кодифицирована в Разделе 42, Глава 149, Подраздел XVII, § 16538 Свода законов США.
Среди основных положений раздела 16538 указано, что ARPA-E будет достигать своих целей посредством проектов в области энергетических технологий, выполняя следующие действия:
Подобно тому, как DARPA делает это для военных технологий, ARPA-E предназначен для финансирования высокорискованных, высокодоходных исследований с участием государственных лабораторий, частной промышленности и университетов, которые в противном случае не могли бы быть реализованы. [5] ARPA-E преследует четыре цели:
ARPA-E была создана как часть закона America COMPETES, подписанного президентом Джорджем Бушем-младшим в августе 2007 года. Президент Барак Обама объявил о запуске ARPA-E 27 апреля 2009 года в рамках объявления о федеральных инвестициях в исследования и разработки и научное образование. Вскоре после своего запуска ARPA-E выпустила свое первое Объявление о возможностях финансирования , предложив в общей сложности 151 миллион долларов с индивидуальными грантами в диапазоне от 500 000 до 9 миллионов долларов. Заявители представили восьмистраничные «концептуальные документы», в которых излагалась техническая концепция; некоторым было предложено подать полные заявки. [6]
Арун Маджумдар , бывший заместитель директора Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли , был назначен первым директором ARPA-E в сентябре 2009 года, спустя более шести месяцев после того, как организация была впервые профинансирована. [7] Министр энергетики США Стивен Чу председательствовал на первом саммите ARPA-E по инновациям в области энергетики, который проходил 1–3 марта 2010 года в Вашингтоне, округ Колумбия [8]
2006
Национальные академии опубликовали доклад «Поднимаясь над надвигающейся бурей».
9 августа 2007 г.
Президент Джордж Буш-младший подписал закон «America COMPETES Act», который систематизировал многие рекомендации доклада Национальных академий, создав таким образом ARPA-E.
27 апреля 2009 г.
Президент Барак Обама выделил 400 миллионов долларов на финансирование ARPA-E в рамках Закона о восстановлении и реинвестировании американской экономики 2009 года .
18 сентября 2009 г.
Президент Барак Обама назначил Аруна Маджумдара на должность директора ARPA-E.
22 октября 2009 г.
Сенат утвердил Аруна Маджумдара на должность первого директора ARPA-E.
26 октября 2009 г.
Министерство энергетики выделило 151 млн долларов США в рамках Закона о восстановлении на 37 проектов по исследованию энергетики в рамках первого объявления ARPA-E о возможностях финансирования.
7 декабря 2009 г.
Министр энергетики США Стивен Чу объявил о втором раунде финансирования ARPA-E в областях «Электротопливо», «Инновационные материалы и процессы для передовых технологий улавливания углерода (IMPACCT)» и «Батареи для хранения электроэнергии на транспорте (BEEST)».
1 – 3 марта 2010 г.
ARPA-E провела первый «Саммит по инновациям в сфере энергетики», который привлек более 1700 участников.
2 марта 2010 г.
Министр энергетики США Стивен Чу объявил о третьем раунде финансирования ARPA-E в областях «Масштабируемое прерывистое хранилище с возможностью управления (GRIDS)», «Технология гибкой доставки электроэнергии (ADEPT)» и «Повышение энергоэффективности с помощью инновационных термоустройств (BEET-IT)».
29 апреля 2010 г.
Вице-президент Джо Байден объявил о 37 проектах, получивших финансирование в рамках второго проекта ARPA-E.
12 июля 2010 г.
Министерство энергетики выделило 92 миллиона долларов на 42 научно-исследовательских проекта в рамках третьего проекта финансирования ARPA-E.
8 декабря 2014 г.
Эллен Уильямс утверждена Сенатом на должность директора ARPA-E. [9]
28 июня 2019 г.
Сенат утвердил Лейна Генатовски на должность директора ARPA-E. [10]
22 декабря 2022 г.
Эвелин Ванг была утверждена Сенатом на должность директора ARPA-E.
ARPA-E был создан для финансирования проектов в области энергетических технологий, которые преобразуют научные открытия и изобретения в технологические инновации и ускоряют технологические достижения в областях с высоким риском, которые промышленность вряд ли будет развивать самостоятельно. Эта цель аналогична работе Управления по энергоэффективности и возобновляемой энергии Министерства энергетики США (EERE) , которое продвигает проекты в области чистой энергии в соответствии с установленными дорожными картами. [11] Однако ARPA-E также финансирует передовые технологии в других областях, таких как природный газ и сетевые технологии. [12] [13] [14] ARPA-E не финансирует постепенные улучшения существующих технологий или дорожных карт, установленных существующими программами DOE. [15]
Программы ARPA-E создаются в процессе дебатов, посвященных техническим/научным достоинствам и проблемам потенциальных областей исследований. Программы должны удовлетворять как «технологическому толчку» — техническим достоинствам инновационных платформенных технологий, которые могут быть применены к энергетическим системам, так и «рыночному тяге» — потенциальному влиянию на рынок и экономической эффективности технологии.
Процесс создания программы начинается с «глубокого погружения», когда исследуется энергетическая проблема для определения потенциальных тем для разработки программы. Затем руководители программ ARPA-E проводят технические семинары для сбора мнений экспертов в различных дисциплинах о текущих и будущих технологиях. На сегодняшний день ARPA-E организовала или совместно организовала 13 технических семинаров.
После каждого семинара директор программы предлагает новую программу и защищает ее по набору критериев, которые оправдывают ее создание. Затем директор программы дорабатывает программу, включая отзывы, и запрашивает одобрение директора. В случае успеха создается новая программа ARPA-E и выпускается объявление о возможности финансирования (FOA), призывающее к предложениям по проектам.
Процесс рецензирования ARPA-E призван способствовать успеху программы. Во время рассмотрения предложения ARPA-E запрашивает внешнюю обратную связь от ведущих экспертов в определенной области. Рецензенты ARPA-E оценивают заявки в течение нескольких недель, а затем созывают комиссию по рецензированию.
Одним из примечательных аспектов процесса оценки ARPA-E является возможность для заявителя прочитать комментарии рецензентов и предоставить опровержение, которое Агентство рассматривает перед принятием решений о финансировании. Период ответа заявителя позволяет ARPA-E избегать недоразумений, задавая уточняющие вопросы, которые позволяют ARPA-E принимать обоснованные решения. [2]
Министерство энергетики США и ARPA-E выделили 151 миллион долларов в рамках Закона о восстановлении и реинвестировании Америки 26 октября 2009 года на 37 исследовательских проектов в области энергетики. Он поддерживал технологии возобновляемой энергии для солнечных батарей , ветряных турбин , геотермального бурения , биотоплива и энергетических культур из биомассы . Гранты также поддерживали технологии повышения энергоэффективности , включая силовую электронику и двигатели-генераторы для современных транспортных средств , устройства для рекуперации отработанного тепла , интеллектуальные стекла и системы управления для интеллектуальных зданий , светодиоды (LED), мембраны обратного осмоса для опреснения воды , катализаторы для расщепления воды на водород и кислород, улучшенные мембраны топливных элементов и более энергоемкие магнитные материалы для электронных компонентов. Шесть грантов были направлены на технологии хранения энергии , включая ультраконденсатор , улучшенные литий-ионные батареи , металл-воздушные батареи , использующие ионные жидкости , жидкие натриевые батареи и жидкометаллические батареи . [16] [17] [18] Другие награды были вручены проектам, в которых проводились исследования и разработки биореактора с потенциалом производства бензина непосредственно из солнечного света и углекислого газа, а также технологии выращивания кристаллов для снижения стоимости светодиодов . [16] [17] [18]
Министр энергетики США Стивен Чу объявил о втором раунде финансирования ARPA-E 7 декабря 2009 года. [19] ARPA-E запросила проекты, которые были сосредоточены на трех критических областях: биотопливо из электричества (электротопливо), батареи для хранения электроэнергии на транспорте (BEEST) и инновационные материалы и процессы для передовых технологий улавливания углерода (IMPACCT). 29 апреля 2010 года вице-президент Байден объявил 37 лауреатов, которых ARPA-E выбрала из более чем 540 первоначальных концептуальных документов. [20] Награды варьировались от примерно 500 000 до 6 миллионов долларов и включали различные национальные лаборатории, университеты и компании. [21]
В отличие от первой возможности финансирования, вторая возможность финансирования распределяла заявки на проекты по категориям. Из выбранных проектов 14 были сосредоточены на IMPAACT, 13 — на Electrofuels и 10 — на BEEST. Например, Гарвардская медицинская школа представила проект в рамках Electrofuels под названием «Разработка бактериального обратного топливного элемента», который фокусируется на разработке бактерии, способной преобразовывать углекислый газ в бензин. Массачусетский технологический институт получил награду в рамках BEEST за предложение под названием «Полутвердая перезаряжаемая топливная батарея», концепцию производства более легких, меньших и дешевых аккумуляторов для транспортных средств. Проекты IMPAACT включали «Процесс захвата CO2 с использованием фазоизменяющихся абсорбентов» GE Global Research Center , который фокусируется на жидкости, которая становится твердой при воздействии углекислого газа. [20]
2 марта 2010 года на первом саммите ARPA-E Energy Innovation Summit министр энергетики США Стивен Чу объявил о третьей возможности финансирования проектов ARPA-E. Как и во второй возможности финансирования, ARPA-E запросила проекты по категориям: Grid-Scale Rampable Intermittent Dispatchable Storage (GRIDS), Agile Delivery of Electrical Power Technology (ADEPT) и Building Energy Efficiency Through Innovative Thermodevices (BEET-IT). GRIDS приветствовала проекты, которые были сосредоточены на широком развертывании экономически эффективного хранения энергии в масштабе сети в двух конкретных областях: 1) проекты компонентов для проверки концепции хранения, направленные на проверку новых концепций хранения электроэнергии за пределами горизонта, и 2) прототипы усовершенствованных систем, которые устраняют критические недостатки существующих технологий хранения энергии в масштабе сети. ADEPT сосредоточился на инвестировании в материалы для фундаментальных достижений в области мягких магнитов, высоковольтных переключателей и надежного хранения заряда высокой плотности в трех категориях: 1) полностью интегрированные преобразователи мощности в масштабе кристалла для приложений, включая, помимо прочего, компактные эффективные драйверы для твердотельного освещения, распределенные микроинверторы для фотоэлектрических систем и однокристальные источники питания для компьютеров, 2) интегрированные преобразователи мощности в пакетном исполнении в масштабе киловатта, позволяющие использовать такие приложения, как недорогие эффективные инверторы для сетевых фотоэлектрических систем и двигателей с переменной скоростью, и 3) легкие твердотельные преобразователи энергии среднего напряжения для приложений высокой мощности, таких как твердотельные электрические подстанции и ветровые турбины. BEET-IT запросил проекты, касающиеся энергоэффективных технологий охлаждения и кондиционеров воздуха (AC) для зданий с целью экономии энергии и сокращения выбросов парниковых газов в следующих областях: 1) системы охлаждения, использующие хладагенты с низким потенциалом глобального потепления ; 2) энергоэффективные системы кондиционирования воздуха (AC) для теплого и влажного климата с повышенным коэффициентом полезного действия (COP); и 3) парокомпрессионные системы кондиционирования воздуха для жаркого климата для рециркуляции воздушных нагрузок с повышенным КПД. [22]
Секретарь Чу объявил о выборе 43 проектов в рамках GRIDS, ADEPT и BEET-IT 12 июля 2010 года. Общая сумма наград составила 92 миллиона долларов США и варьировалась от 400 000 до 5 миллионов долларов США. Награды включали 14 проектов в ADEPT, 17 проектов в BEET-IT и 12 проектов в GRIDS. Примерами награжденных проектов являются «Растворимая кислотно-свинцовая проточная батарея», которая перекачивает химикаты через ячейку батареи, когда требуется электричество (GRIDS), «Силовые модули из карбида кремния для преобразования мощности в масштабе сети», которые используют усовершенствованные транзисторы, чтобы сделать электрическую сеть более гибкой и управляемой (ADEPT), и «Цикл абсорбционно-осмотического охлаждения», новая система кондиционирования воздуха, которая использует воду в качестве хладагента, а не химикаты (BEET-IT). [23]
Четвертый раунд финансирования ARPA-E был объявлен 20 апреля 2011 года и наградил проекты в пяти технологических областях: Plants Engineered To Replace Oil (PETRO), High Energy Advanced Thermal Storage (HEATS), Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT), Green Electricity Network Integration (GENI) и Solar Agile Delivery of Electrical Power Technology (Solar ADEPT). PETRO сосредоточился на проектах, которые имели системы для создания биотоплива из внутренних источников, таких как табак и сосны, за половину их текущей стоимости. REACT финансировал ранние технологические альтернативы, которые снижали или устраняли зависимость от редкоземельных материалов путем разработки заменителей в двух ключевых областях: электродвигатели транспортных средств и ветрогенераторы. HEATS финансировал проекты, которые способствовали прогрессу в технологии хранения тепловой энергии. GENI сосредоточился на финансировании программного и аппаратного обеспечения, которые могли бы надежно контролировать сетевую сеть. Solar ADEPT принимал проекты, которые интегрировали силовую электронику в солнечные панели и солнечные фермы для более эффективного извлечения и доставки энергии.
Лауреаты четвертого гранта были объявлены 29 сентября 2011 года. 60 проектов получили 156 миллионов долларов из бюджета ARPA-E на 2011 финансовый год. Примерами награжденных проектов стали проект, который увеличивает производство скипидара , натурального жидкого биотоплива (PETRO); проект под названием «Постоянный магнит на основе марганца», который снижает стоимость ветряных турбин и электромобилей за счет разработки замены редкоземельным магнитам на основе инновационного композита с использованием марганцевого материала (REACT); проект под названием «HybriSol», который разрабатывает тепловую батарею для хранения энергии солнца (HEATS); проект, который разрабатывает новую систему, которая позволяет в режиме реального времени осуществлять автоматизированный контроль над линиями электропередачи, составляющими электрическую сеть (GENI); и проект, который разрабатывает легкую электронику для подключения к фотоэлектрическим солнечным панелям , устанавливаемым на стенах или крышах. [24]
С 2010 года ARPA-E проводит саммит по инновациям в области энергетики. 10-й саммит состоялся 8–10 июля 2019 года в Денвере, штат Колорадо , а 11-й саммит состоялся 17–19 марта 2021 года в конференц-центре Gaylord Convention Center недалеко от Вашингтона, округ Колумбия [25]
С момента своего создания ARPA-E сгенерировала более 1000 проектов, привлекла около $4,9 млрд частных инвестиций для 179 из этих проектов, при этом $2,6 млрд было инвестировано в НИОКР правительством США. Опубликованные, рецензируемые исследовательские статьи также являются значительным результатом, в общей сложности 4614. Кроме того, программа сгенерировала 716 патентов. [26]