Leiter des ARPA-E-Skizzenkurses für Energieforschung

Eric Toone, der Anfang des Sommers die Leitung der Agentur ARPA-E übernommen hat, hat einige Gedanken darüber, wohin die Energieforschung gehen sollte.

Bill Gates und Energieminister Steven Chu sprechen auf dem letztjährigen ARPA-E-Gipfel, einer Konferenz, die Spitzenwissenschaftler, Unternehmer und Investoren anzieht. Bildnachweis: DOE/Quentin Kruger

ARPA-E ist eine Forschungsagentur des Energieministeriums mit dem Ziel, riskante Technologieideen zu finanzieren, die das Potenzial haben, die Energiesicherheit zu verbessern und die Emissionen aus Energie zu reduzieren. Seit ihrem Start vor drei Jahren hat die Forschungsagentur eine Reihe vielversprechender Technologien in einer Reihe von Bereichen hervorgebracht, wie beispielsweise Batterien, kostengünstige Biokraftstoffe und effizientere Gebäude.



Eric Toone, stellvertretender Hauptdirektor bei ARPA-E

In einem Interview sagt Toone, der die Nachfolge des ersten Direktors von ARPA-E, Arun Majumdar, antrat, seine Hauptpriorität als stellvertretender Direktor sei es, die hochkarätigen Forscher zu gewinnen, für die ARPA-E bekannt geworden ist. Diese Programmdirektoren beaufsichtigen den Fortschritt der Stipendiaten, die Unternehmen, Universitäten oder nationale Labors sein können. ARPA-E-Projekte sollen dem Markt einen wissenschaftlichen Fortschritt näher bringen, indem innerhalb weniger Jahre ein erster Prototyp oder eine Demonstration hergestellt wird. Wie die DARPA-Agentur des Verteidigungsministeriums werden ARPA-E-Programme gestoppt, wenn das Forschungsteam technische und kommerzielle Meilensteine ​​nicht erreicht.

In den kommenden Monaten plant ARPA-E, Forschungsprogramme in Bereichen aufzubauen, in denen der Privatsektor noch nicht tätig ist und das Potenzial für einen großen Leistungssprung besteht, sagt Toone, der auch Professor für Chemie und Biochemie an der Duke University ist . Zu den Programmideen, die derzeit diskutiert werden, gehören:

  • Schnellladung für Elektrofahrzeuge. Die Batterietechnologie verbessert sich und Hochvolt-Gleichstrom-Ladestationen können die Batterien eines Elektroautos in einer halben Stunde auf etwa 50 Prozent laden. Aber Technologien, die das Aufladen von Elektrofahrzeugen so schnell machen wie das Betanken mit Benzin, sind ein Bereich, der reif für Innovationen ist, sagt Toone.
  • Intelligente und autonome Sensorik. Versorgungsunternehmen setzen bereits Robotergeräte wie Zeigermesseinheiten ein, um Übertragungsleitungen zu überwachen und nach Stürmen nach Schäden zu suchen. Aber Toone sagt, dass Sensoren und Robotik noch viel mehr Potenzial haben, um die Energieeffizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern. Es gibt alle möglichen cleveren Konzepte herum intelligenter Staub oder Dinge, die wie kleine Insekten aussehen, die durch Gebäude wandern, Systeme inspizieren und Informationen melden, um den Energieverbrauch zu optimieren, sagt er.
  • Bessere Materialien. Leichte und starke Materialien können die Fahrzeugeffizienz erheblich verbessern, was die Arbeit an besseren Legierungen wichtig macht. ARPA-E hat bereits ein Programm zur Erforschung von Alternativen zu Seltenerdmagneten, da fast alle Seltenerdelemente aus China stammen. Toole sagt jedoch, dass es immer noch einen Bedarf an besseren Magneten gibt, die sehr dicht und kostengünstig sind.
  • Dichtere Biokraftstoffpflanzen. Eine der großen Herausforderungen bei der Herstellung von Kraftstoffen aus Non-Food-Quellen sind die Transportkosten für Biomasse. Toone, der das Electrofuels-Programm von ARPA-E leitet, schlägt eine Möglichkeit vor, Ernterückstände wie leichten und flauschigen Maisstroh nach der Ernte massiv zu verdichten, um die Produktionskosten von Zellulose-Biokraftstoffen zu senken.
  • Extrem kostengünstiger Wasserstoff. Wasserstoff für Brennstoffzellen muss hergestellt werden, entweder durch Spaltung von Wasser oder durch Strippen von Wasserstoff aus einer anderen Quelle. Eine drastische Senkung der Wasserstoffkosten auf unter einen Dollar pro Kilogramm würde eines der anhaltenden Hindernisse für den breiteren Einsatz von Brennstoffzellen beseitigen.

ARPA-E wurde 2007 gegründet und zunächst 2009 durch den Stimulus finanziert. Seitdem hat es etwa 200 Projekte mit relativ kleinen Zuschüssen von typischerweise einigen Millionen Dollar finanziert. (Siehe, kann ARPA-E die Probleme der Energie lösen?)

Im Allgemeinen genießt die Forschungsagentur die Unterstützung sowohl der Demokraten als auch der Republikaner im Kongress. Im vergangenen Jahr beispielsweise wurde sein Budget auf 275 Millionen US-Dollar erhöht, nachdem es 2011 auf 180 Millionen US-Dollar reduziert worden war. Aber seine politische Unterstützung rechtfertigt eine genaue Beobachtung von Personen, die sich für Energieinnovationen interessieren.

Energie und die Rolle der Regierung im Energiebereich werden zu einem großen Thema in der Präsidentschaftsdebatte. Die Obama-Regierung und Energieminister Steven Chu sind überzeugte Unterstützer von ARPA-E; Die Regierung beantragte, das Budget von ARPA-E für 2013 auf 350 Millionen US-Dollar aufzustocken. Mitt Romneys Energieposition erwähnt auch ARPA-E und sagt, es sollte sich auf die Grundlagenforschung konzentrieren.

Toone kann nicht vorhersagen, in welche Richtung sich das Budget von ARPA-E in den kommenden Jahren entwickeln wird, sagt jedoch, dass ARPA-E von einer konsistenten Finanzierung profitieren würde. Es wäre zum Beispiel nicht hilfreich, wenn jemand unser Budget nächstes Jahr verdreifacht. Was wir brauchen, ist ein stetiges, nachhaltiges Wachstum, das uns in einem überschaubaren Tempo weiter hochfahren lässt.

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