美国能源部支持油气开发、清洁能源及关键矿产技术
7月,美国能源部(DOE)宣布多项举措,支持开发油气生产、新兴化工技术、变革性能源技术、关键矿产等。
一、油气开发
1、非常规油气。7月6日,DOE碳氢化合物与地热能办公室(HGEO)发布资助机会公告[1],拟投入最高1.5亿美元支持非常规油气增强采收率、水力压裂表征和采出水管理相关技术研发与现场验证。重点关注4个主题领域:
(1)非常规油气增强采收率技术的现场试验场研发。支持在真实油田环境下开展注气吞吐或面积注气驱油试验,验证富气、丙烷、天然气凝液、水气交替注入、富气与表面活性剂组合等各类注入剂(不含二氧化碳)的增产效果,同时支持改进完井、导流能力和波及控制的新型增产技术,深化对注入流体类型、注入速率与压力、闷井时间、返排方案与增产效果之间关系的认识。
(2)裂缝扩展、支撑剂行为与井诊断的先进表征。①支持现场研发新型压裂液、添加剂及轻质、超轻质和中性悬浮支撑剂,提升裂缝中支撑剂的有效充填;②开发波及控制、层内流体控制和完井优化技术,降低裂缝干扰对采收率的影响;③改进裂缝诊断与建模手段,包括射孔簇级产能诊断、裂缝几何尺寸与支撑剂分布的直接测量,以及人工智能和机器学习在裂缝表征中的应用。
(3)利用二氧化碳提高非常规油气藏采收率。支持利用超临界或气态二氧化碳作为注入剂,通过吞吐或面积驱油方式提高非常规油藏石油和天然气采收率的现场研发,并要求公开分享试验数据与结果。
(4)多尺度采出水处理技术与工艺的先进现场测试。支持日处理量1.5万~5万桶、现场运行期超过1年的处理技术测试,目标是建设集中式多级水处理设施,通过可灵活配置的工艺链产出不同水质等级的处理水,满足压裂回用、农业灌溉、工业利用等多种有益再利用需求,处理对象涵盖固体、化学及生物等各类污染物。重点关注:①高总溶解固体采出水的可规模化低能耗脱盐;②耐污染、抗润湿的新型膜法与渗透技术、低温热技术及混合处理链的长期中试;③实时水质监测传感与组分分析技术;④零液体排放和低能耗结晶等废弃物管理技术;⑤从采出水中提取锂、碘、酸碱等高价值材料;⑥以处理回用替代深井注入,避免诱发地震及污染浅层饮用水源的风险。
2、石油和天然气。7月23日,DOE宣布投入6550万美元支持研发与部署项目[2],强化国内石油和天然气生产、提升关键能源基础设施的效率与可靠性,并将未被充分利用的资源转化为高价值产品。重点关注3个主题领域:
(1)提升闲置与未充分利用资源的利用率。开发并验证将石油、天然气及伴生物流转化为高价值、易运输产品的技术,包括原本会被搁置、放空燃烧或受杂质污染限制的资源。项目将从催化剂、反应器系统和分离工艺的实验室验证起步,推进到在活跃生产盆地开展模块化分布式天然气转化系统和含硫天然气处理设施的现场试验。
(2)增强供应链韧性与基础设施可靠性。开发、验证并现场测试先进材料、创新设备与新型基础设施部件,减少产品损耗并加强国内化工供应链,包括改进压缩机、阀门、管道、储罐、涂层和合金等设施级设备与运输基础设施,实现安全高效的能源输送。
(3)数字化与智能试验场优化运营。在上游和中游油气领域加速采用数字技术、智能设施概念与先进数据分析,依托全规模现场验证平台与试验场,部署连续监测系统、AI数字孪生和基础设施优化系统,提高可销售烃类产量、降低运营成本并跟踪新兴技术成熟度。
二、新兴化工技术
7月14日,DOE替代燃料与原料办公室(AFFO)发布资助意向公告,拟通过“加速新兴化工技术放大与预中试”(ASPECT)计划投入最高5800万美元,支持利用替代原料和废弃原料生产化学品的新兴化工技术[3],推动其超越概念验证、进入台架试验与预中试阶段,加速具有市场增长潜力的化工技术开发,以加强国内供应链、减少对外部进口的依赖。此次聚焦2个主题领域:①台架试验。支持替代原料制化学品新技术的开发与应用,推动技术超越概念验证、进入台架和预中试规模,下设2个子领域:仅台架试验,面向已越过概念验证、可进一步开展台架研发的技术,支持台架规模的工艺开发与优化;台架试验与单元操作预中试,在初始研发成功后对一项或多项单元操作开展预中试,以降低放大风险。②预中试。加速具有战略价值的本土化学品开发与市场进入,支持设计、建造和运行将替代原料转化为化学品的预中试规模设施,下设2个子领域:单元操作预中试与预中试系统集成,面向需在设计集成式预中试设施前对一至两项单元操作进行规模测试的技术,随后再设计、建造并运行集成式预中试系统;仅预中试系统集成,面向已具备前期规模数据、可直接进行预中试系统集成的技术,直接设计、建造并运行集成式预中试系统。
三、变革性能源技术
7月9日,DOE先进能源研究计划署(ARPA-E)宣布在“SCALEUP Ready”计划下新选定2个项目[4],拟投入最高4000万美元,加速变革性能源技术从实验室走向商业规模化,服务国内能源供应链建设。具体包括:①Thea Energy公司将建设美国首条模块化高温超导(HTS)磁体生产线,高温超导磁体是多种聚变能技术方案的关键部件,该项目将强化美国聚变能供应链。②Xscape Photonics公司将开发面向高性能计算的集成光子计算平台,其梳状激光技术可显著降低计算功耗与数据中心冷却需求,同时提升计算性能,助力美国在光子计算领域建立优势。
四、关键矿产及原材料
7月1日,DOE关键矿产与能源创新办公室(CMEI)宣布投入7500万美元资助5个项目[5],支持利用煤炭及煤基原料生产稀土元素和其他关键材料。此次资助将在美国工业基地建设试点规模设施,用于回收稀土及锗、镓和铝等高价值矿产。获得资助的5个项目承担机构分别为:北达科他大学、Valor Metals公司、CONSOL Innovations公司、美国资源公司、皮博迪能源公司。
(岳芳)
[1] Funding Notice: Improved Oil and Gas Recovery and Produced Water Management Technologies. https://www.energy.gov/hgeo/funding-notice-improved-oil-and-gas-recovery-and-produced-water-management-technologies
[2] Energy Department Announces Up to $65.5 Million to Advance Domestic Oil and Natural Gas Production and Delivery. https://www.energy.gov/articles/energy-department-announces-655-million-advance-domestic-oil-and-natural-gas-production
[3] DOE Alternative Fuels and Feedstocks Office Announces Intent to Advance Innovative Chemical Technologies. https://www.energy.gov/cmei/fuels/articles/doe-alternative-fuels-and-feedstocks-office-announces-intent-advance-innovative
[4] U.S. Department of Energy Announces New SCALEUP Ready Projects to Advance Fusion Power and Semiconductor Technology. https://arpa-e.energy.gov/news-and-events/news-and-insights/us-department-energy-announces-new-scaleup-ready-projects-advance-fusion-power-and-semiconductor-technology
[5] DOE’s Office of Critical Minerals and Energy Innovation Awards $75 Million to Accelerate Critical Minerals and Materials Recovery from Coal and Coal-Based Feedstocks. https://www.energy.gov/cmei/articles/does-office-critical-minerals-and-energy-innovation-awards-75-million-accelerate