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2024 年——氢气生产技术子计划...
制氢技术子计划支持降低成本、提高效率和耐久性的技术研究、开发和示范 (RD&D)，这些技术利用自然资源（包括水和有机物，如生物质或废物流），从各种清洁能源（如风能、太阳能、水电、地热或核能）中生产氢气。此子计划的活动支持氢能地球计划 (Hydrogen Shot) 的目标，即十年内每公斤清洁氢气 1 美元。子计划活动还与美国国家清洁氢气战略和路线图相一致，直接支持降低清洁氢气的成本，这是一项战略重点，是路线图中确定的所有优先事项的基础。该子计划还通过美国制造 H 奖：氢能孵化器（也称为氢能孵化器奖）激励开发有潜力实现氢能目标的创新路线图以外的技术。
地热技术办公室增强了地热射击分析
增强的地热射击分析基于2019年GTO报告Geovision中的技术假设：利用我们脚下的热量。对于Earthshot，我们根据最近的技术进步更新了EGS的一些技术成本和性能假设，并更新了EGS资源的潜力，以包括更详细的分析。钻井成本比Geovision中使用的值降低了20％。井生产率从Geovision的所有井的4.6 kg/s/bar提高到注射井的70 kg/s/bar，生产井的38.1 kg/s/bar，生产井流速略有增加到125 kg/s。更高的井生产率和流速导致井的井和寄生泵的损失更少。电厂尺寸也增加到100兆瓦e。使用EGS资源的区域研究用于增强美国西部的EGS资源潜力。 包括详细研究发现的较浅和更高质量的EGS资源。使用EGS资源的区域研究用于增强美国西部的EGS资源潜力。包括详细研究发现的较浅和更高质量的EGS资源。
长期储存注射：概述
长期储能 Earthshot TM 设定了一个目标，即在未来十年内将提供 10 小时以上供电时间的系统的电网级储能成本降低 90%。储能有潜力加速电网的全面脱碳。虽然目前正在安装较短时储能以支持当今的可再生能源发电水平，但随着电网中部署更多的可再生能源，需要更长时储能技术。更便宜、更高效的储能将使捕获和储存可再生清洁能源变得更加容易，以便在发电不可用或发电量低于需求时使用 - 例如，白天产生的可再生能源（如太阳能发电）可以在晚上使用，或者在需求低的时候产生的核能可以在需求增加时使用。长期储能 Shot 考虑了所有类型的技术 - 无论是电化学、机械、热、化学载体还是任何组合 - 这些技术都有可能满足电网灵活性所需的持续时间和成本目标，并将为整个建筑物、社区或地区提供类似的显著效益。
2025 财年国会辩护基本...
BES 支持的研究学科——凝聚态和材料物理、化学、地球科学和生物科学的各个方面——几乎涉及能源资源、生产、转换、传输、存储、效率和废物减排的每个重要方面，为实现安全和可持续的清洁能源未来提供了知识基础。BES 咨询委员会 (BESAC) 报告“基础研究投资的显著回报”提供了主要技术、商业和国家安全影响的关键示例，包括可直接追溯到 BES 支持的基础研究的清洁能源技术。BES 研究的使命相关性源于长期的战略规划过程，其中包括 BESAC 报告、社区研讨会和报告以及严格的项目审查。BES 在以发现为导向的基础研究和以使用为启发的基础研究（例如，能源前沿研究中心 [EFRC]、能源地球计划研究中心 [EERC] 和能源创新中心）之间平衡其研究投资。
适用于大型数据中心应用的氢基储能系统
氢气被用于应对气候挑战，尤其是在重型运输和工业应用等难以脱碳的应用领域，以及通过长时储能实现清洁电网，因此越来越受到人们的关注[1,2]。氢气在众多成熟领域和若干发展中应用领域中都具有巨大潜力[3]。虽然人们在交通领域的氢能和燃料电池技术研发方面已经做出了巨大努力[4-9]，但人们对固定式应用的兴趣正在重新燃起。特别是大型固定式应用，它们没有像燃料电池电动汽车那样严格的限制，例如储能密度、储能系统质量和热管理，是采用氢能技术的主要候选对象[10]。然而，要想取代任何现有技术，新技术的成本和性能都至关重要。要想广泛采用氢气，生产成本是关键。为推动该领域的进步，美国能源部 (DOE) 于 2021 年宣布了“氢能计划”，这是“能源地球计划”中的第一个计划，旨在加速清洁能源解决方案的突破。“能源地球计划”的重点是将清洁氢能的生产成本在 10 年内降低 80% 至每公斤 1 美元，从而实现氢能的大规模部署 [11]。氢能可用于满足备用电源的需求，因为它具有大规模、长期和与电网解耦的储能能力。氢基技术可以提供稳定、可靠的离网电力，在停电时可快速提供并按需供电。提供应急服务的关键设施，例如医院、警察局和消防站、供水和废水处理设施以及用于支持基本公共服务的通信系统，通常依靠备用柴油发电机来确保电网断电时的持续供电。例如，供水设施需要能够维持水压以扑灭毁灭性的火灾。此外，工业区、港口和机场等未达标区域不符合主要空气污染物标准，是氢气可以解决减排问题的另一个领域。美国环境保护署 (EPA) 维护 EPA 绿色
具有自修复特性的先进低 PGM 阴极催化剂，适用于高性能和高耐用性的 MEA
• 该项目的整体相关性体现在对 DOE EERE 氢燃料电池技术办公室 (HFCTO) 计划的影响上，特别是通过解决关键技术障碍来提高燃料电池的使用寿命，并实现氢和燃料电池技术的商业化和普及，目标是中型和重型卡车。这将降低温室气体排放和柴油发动机尾气污染物，建设清洁能源基础设施，加强美国制造业，并确定私营部门采用的途径。• 该项目有可能通过推广和实现可持续能源资源以及创建和维护国内制造基地和劳动力来大幅减少对化石燃料的依赖，以广泛部署氢技术，这符合 DOE 氢能计划、氢能地球计划和美国国家清洁氢战略和路线图。• 该项目的技术目标与 DOE 百万英里燃料电池卡车联盟一致，进展和结果将与联盟协调。• 该项目正在解决广泛应用氢燃料电池技术的主要技术障碍，并将通过以下方式对当前最先进的技术产生影响：
宇航员学者技术会议
为了实现氢经济和新的脱碳能源模式，需要降低从生产到最终使用的核心清洁氢技术的成本和效率。在生产方面，这体现在能源部的“氢能地球计划”中，即在 10 年内将氢气生产成本降至 1 美元/千克，以及区域清洁氢中心计划。使用可再生清洁电力作为原料达到这些成本指标的固有方法是使用电解。电解技术中最重要的是利用离子导电聚合物（离子聚合物）的技术，包括聚合物电解质水电解器 (PEWE)。然而，这些技术需要表现出更高的效率、（动态）性能和耐用性，以降低成本并实现商业可行性。同样，离子聚合物对于实现固定和重型应用的燃料电池 (PEFC) 至关重要。 PEWE 和 PEFC 都涉及多个组件（例如催化剂、离子聚合物、传输层、膜、板）和多个阶段，现象发生在不同的时间和长度尺度上。这些技术的关键是离子聚合物和催化剂之间的界面，而传输现象在其中起着关键作用。在本次演讲中，我们将通过劳伦斯伯克利国家实验室的最新进展（包括基于离子聚合物的水电解中心 (CIWE) 的努力）概述其中一些技术。
社论：先进水分解技术的发展
随着风能、太阳能等可再生能源的部署和利用水平不断提高，能够适应每周和季节性能源波动的大规模长期能源存储技术将在未来可再生能源的整体部署中发挥重要作用。通过将可再生能源转化为可持续（能源存储）燃料，通过电化学、光电化学或热化学过程来利用和储存可再生能源，有可能应对长期、太瓦级能源存储的挑战。可再生氢能生产是可持续燃料生产和社会多个行业深度脱碳的基石。具有成本竞争力的清洁氢能可为以下应用提供价值：1）交通运输领域的燃料电池汽车，2）电网领域的系统稳定性和负载平衡，3）工业领域的金属精炼厂、水泥生产和生物质升级（无碳肥料生产）。此外，将清洁的可再生氢能与碳和氮循环相结合，使已知和完善的热化学过程能够生成可再生碳氢化合物燃料和氨。先进水分解技术 (AWST)：低温电解 (LTE)、高温电解 (HTE)、光电化学 (PEC) 和太阳能热化学氢 (STCH) 提供了四种独特且并行的方法来大规模生产低成本、低温室气体 (GHG) 排放的氢能（图 1）。使用这四种技术进行具有成本竞争力的清洁氢能生产是当前各国政府和工业界的首要任务。2022 年 6 月，美国能源部 (DOE) 启动了一系列 Earthshot 计划中的第一个。Hydrogen Shot，“1 1 1”旨在将清洁氢能的成本在 10 年内降低 80% 以上，至每公斤 1 美元（1 美元/公斤 H2）。欧洲绿色协议和国际能源署 (IEA)
流量：浮动的近海风模型和模拟
Co‐PI(s): Matt Churchfield 1 , Marc Day 1 , Georgios Deskos 1 , Caroline Draxl 1 , Nicholas Hamilton 1 , Marc Henry de Frahan 1 , Jon Rood 1 , Ashesh Sharma 1 , Ganesh Vijayakumar 1 , Ann Almgren 2 , Aaron Lattanzi 2 , Jean Sexton 2 , Stuart Slattery 3 , Melissa Allan‐Dumas 3 , Matt Norman 3 , Mark Taylor 4 , Andrew Bradley 4 , Lawrence Cheung 4 , Philip Sakievich 4 , Maciej Waruszewski 4 , Sonya Smith 5 , Lian Shen 6 , François Blanchette 7 1: National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO 80401 2: Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720 3：橡树岭国家实验室，橡树岭，田纳西州37830 4：桑迪亚国家实验室，阿尔伯克基，新墨西哥州87185 5：霍华德大学，华盛顿特区，华盛顿特区，20059年6月6日：明尼苏达州明尼苏达州，明尼苏达大学，明尼苏达大学55455 55455 7：加利福尼亚大学，加利福尼亚大学，CA 95343的一部分，一部分，一部分，一部分劳动，一部分征集了一部分，一部分劳动，一部分劳动，一部分劳动，一部分劳动，一部分是一部分，一部分是一部分劳动。 （DOE'S）浮动海上风力射击旨在降低到2035年浮动海上风能的水平成本（LCOE）。Flowmas Energy Earthshot Research Center（EERC）将提供必要的基础研究，以实现这一积极的时间表的突破。对气象海洋环境中浮动海上风力涡轮机的条件，负载和动力学的了解和模型非常缺乏，尤其是在极端情况下。一个人无法完全优化知识渊博的系统，并且不存在足够的模型。Flowmas从数学，计算和大气 - 科学背景中融合了研究人员，以更好地模型，并更好地理解从气候尺度到风力涡轮机浮动平台和实现风能所需的叶片的动态。Building on DOE investments in high‐fidelity models for climate and land‐based wind energy that can exploit exascale‐class computing, FLOWMAS researchers will create a suite of high‐fidelity codes for floating offshore wind energy that incorporates the microscale (i.e., wind turbines, floating platforms, and mooring systems), mesoscale (i.e., regional weather dynamics), and global/climate scales.研究人员将使用高更多的模拟和正在进行的DOE支持的现场活动来创建数据驱动的替代模型，这些模型在计算上效率高，并且可以探索许多系统条件，并且在长时间的时间内无法使用计算昂贵的高档高档模型无法访问。最后，开发的模型将利用Exascale计算的功率来创建对浮动海上风能系统的新理解，包括气候变化将如何影响海上风能资源，浮动风电场和涡轮机唤醒动态的物理，以及在操作和极端事件中浮动风力涡轮机的负载和动态。
解决根际对土壤效应的悖论...
2：斯坦福大学，斯坦福大学，加利福尼亚州94305，根际，植物根，微生物及其周围土壤基质之间的界面是一个动态且复杂的系统，对于陆生生态系统的运作至关重要。根际最重要的功能之一是其在调节地球和空气之间的碳循环中的作用。在全球范围内，根际释放植物根和土壤微生物的联合活性比化石燃料燃烧的排放量估计比二氧化碳估计要多3-10倍，但在正确的条件下，土壤有机碳（SOC）可以夹在土壤聚集物中，因此不会释放回大气层。矛盾的是，根部有助于SOC的稳定和不稳定。根际过程具有增强和破坏长期持久SOC的有趣能力，其估计全球碳固化潜力每年为5.3千兆二氧化碳二氧化碳。这项研究通过了解植物根部如何影响SOC积累以及通过根，微生物和土壤结构的作用来调节碳负面的核心大地的核心使命。一种可能的途径是根驱动的土壤骨料周转率，其中包括诸如根部渗透，干燥剥离循环以及有机化合物与粘土矿物质的过程。该途径在SOC稳定和不稳定中起着重要作用。另一个可能的途径是渗出型微生物周转率，涉及植物渗出液助长的微生物活性。该途径影响底物利用效率和含有碳的死灵物的埋葬，这两者都对SOC动力学有影响。这项研究的目标是通过使用新型的高空间分辨率正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描来量化碳过程，并了解根际途径，以对未经扰动的样品量的动态数据收集，既可以在根表面和远离土壤表面。传统的静态PET成像产生了碳辐射量的时间平均，空间分布，可以估算其在土壤聚集体中的积累和其他感兴趣的根茎体积。然而，仅静态成像在捕获生物过程的动态性质时就缺乏，无法解释碳稳定的机制。相比之下，动态成像既提供了放射性示意剂的分布，也提供了放射性示例的时间变化，因为碳在稳定和不稳定形式之间移动。，最重要的是，顺序动态宠物框架实现了高度定量的技术来映射和量化放射性示波器的分布，传输，代谢，结合等。生理过程的运动学建模是碳辐射型动态成像的关键优势。将直接观察结果与各种同位素示踪剂（例如碳 -11标记的二氧化碳，碳-13标记的二氧化碳碳二氧化碳和碳-14标记的二氧化碳碳二氧化碳）揭示的途径和相关根茎机制的标记。这项研究是由生物和环境研究办公室选择的。同时量化了相互连接的土壤基质和微生物离职途径中的SOC稳定和不稳定速率，将以先前无法实现的方式促进研究，并为改善策略提供有价值的见解，以增强土壤碳序列化。此外，这些发现与全球土壤碳建模工作保持直接相关性，并有潜力解决根际悖论以及现有模型中有充分记录的不确定性和不一致的情况。_____________________________________________________________________________________