馬里蘭州國家海港——美國每天進口價值 10 億美元的石油。然而，與 40 年前卡特總統將能源改革稱為“戰爭的道德等價物”時相比，這個國家在擺脫對外國石油的依賴方面並沒有取得更大的進展。
能源高階研究計劃署 (ARPA-e) 於 2009 年成立，其任務是將替代能源方面的科學發現轉化為可部署的技術。機械工程師兼 ARPA-e 主任阿倫·馬宗達 (Arun Majumdar) 在該機構 3 月 1 日在華盛頓特區舉行的第二次年度峰會上表示：“美國的未來取決於三種安全：國家安全、經濟安全和環境安全。這三者的基礎是能源技術的創新。”
馬宗達從勞倫斯伯克利國家實驗室來到 ARPA-e 和華盛頓特區，他在那裡管理環境能源技術部門，將妻子和年幼的女兒留在了加利福尼亞。儘管如此，這位和藹可親的主任仍然保持著《星際迷航》中的柯克艦長的熱情和風度，以及該角色對對抗的偏好，他對該機構的受資助者和頑固的事實（如美國對外國石油的依賴，每年超過 3000 億美元的賬單）進行了建設性的對抗。他說：“在我有生之年，我希望能把這個數字減少幾個零。”
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因此，在馬宗達的領導下，ARPA-e 將其預算投資於以下專案：為電動汽車提供更好的電池，以進一步減少美國對石油的需求；更便宜的光伏發電，以產生儲存在這些電池中的電力；甚至被稱為“電燃料”的技術，將二氧化碳轉化為液體燃料，從而逆轉燃燒，延長石油供應並限制溫室氣體排放。
目標是發明一個不同的能源未來，既能使美國繼續大量使用能源，又能將其傳播到世界其他地區。馬宗達指出：“我們很聰明，我們需要以可持續的方式讓自己更聰明。但世界上有許多地方的人們還沒有開燈。如果我們能讓他們開啟正確的燈，這將是美國最大的商機。”
《大眾科學》在峰會結束後與馬宗達談論了 ARPA-e、創新和教育。
[以下為採訪的編輯版文字記錄。]
美國政府顯然有很多能源研究工作，幾乎像一個大型生態系統。ARPA-e 如何融入其中？
如果你遇到一個主要障礙，你需要有資金保障才能讓最聰明的人加入——科學家和工程師一起工作。這就是中心的設計，就像聯合人工光合作用中心 [加州理工學院] 的陽光到燃料中心……JCAP 正在試圖瞭解如何分解水的科學……ARPA-e 是一種不同的模式。你正在將科學轉化為技術，並且你有一個快速的進展。這並不意味著在兩三年[的資助]之後它會立即進入市場，它仍然需要擴大規模等等。但至少你正在嘗試一個想法。建立 ARPA-e 的國家科學院報告[《超越風暴》] 背後的睿智思想領袖認為，一個去嘗試新的、高風險想法的地方是不存在的。[這]就是 ARPA-e 建立的目的。
我們說，如果能源是下一次工業革命，如果我們要在這個全球競爭激烈的世界中具有競爭力，而我們現在正在落後，那麼，我們應該為此努力。你需要中心來解決長期問題，你需要 ARPA-e 來尋找將科學轉化為技術的短期方法。
那麼，您正在從事哪些高風險專案？
勞倫斯伯克利國家實驗室有一個專案，他們有一種新的制氫催化劑，它是基於鉬而不是基於鉑的，所以它更便宜。這在無機環境中得到了證明。他們正在將這種催化劑連線到一種微生物上。我認為他們不知道當催化劑連線到微生物上時是否真的會起作用，因為在微生物周圍存在鹽濃度、其他蛋白質和各種各樣的東西。你必須試一試。這應該會產生氫，微生物將消耗這些氫來生產電燃料。現在這很冒險。但也有風險稍低的專案。
乙醇需要 30 年的補貼才能達到美國交通燃料的 10%。這種高風險的研究需要多長時間才能開始交付成果？
它們都有不同的時間尺度、不同的行業、不同的供應鏈、不同的銷售渠道、不同的工業成本、不同的經濟因素、不同的監管障礙。就全球範圍而言，在未來兩三年內不會發生這種情況。產品實際到達消費者手中或投入能源基礎設施很可能需要 10 年以上的時間。我最樂觀的估計是 10 年。但坦率地說，看看網際網路花了多長時間——從 1968 年和 阿帕網到 20 世紀 80 年代末。那是 20 年。這應該是我們應該關注的時間尺度。這需要一些時間。
哪些專案能最快交付成果？電燃料確實處於早期階段。我不認為我們應該期望它很快出現。坦率地說，我不知道哪種會先進入市場。也許是電力電子 [用於調節電力供應的裝置]。與此同時，電力電子具有不同的功率級別。有消費類電力電子和消費類電源，這與電網和變壓器上的電力電子截然不同。
這如何幫助應對氣候變化或其他與能源相關的挑戰？
這是環境安全。這不僅僅是氣候變化，還有汙染……我們正在做的事情將以積極的方式影響氣候。如果你能以每千瓦時 5 美分的價格降低太陽能發電成本，並且它在沒有補貼的情況下也能擴充套件，那麼，我認為這對氣候來說是相當不錯的。如果你能以每噸二氧化碳 25 美元的成本進行碳捕獲，那麼這對氣候也有好處。如果你透過獲取二氧化碳並將二氧化碳作為原料來生產電燃料，那麼這對氣候也有好處。但讓我們著手我們同意的事情，讓我們前進。否則它會變成僵局，什麼都動不了，而世界其他地方卻在快速前進。
那麼失敗呢？畢竟，這是高風險研究。它是如何運作的？
他們沒有達到里程碑。有些事情行不通。所以我們的專案主管正在花費大量時間在這些專案上，以幫助他們解決問題。有時它會找到我，我正在思考——戴上我的科學帽子——我正在思考如何幫助這些人解決這些問題。我們的主要目標是幫助他們達到里程碑並向前邁進。但有時這項技術由於各種無法預見的原因而無法發揮作用，因為我們不確切知道問題會是什麼。因此，這些紅色警報，如果他們在未來兩三個月內沒有達到里程碑——我們會給他們一個緩衝期，而不是直接將其切斷——那麼我們將不得不終止一些專案。我寧願把這筆錢放回國庫。
這些專案的風險足夠高嗎？
現在，其中一些專案將會失敗。我們將終止它們，並將資金投放到有效的地方，或者直接放回國庫。但一些失敗可能會在 ARPA-e 之外發生。它現在有效，但如果你真的試圖擴大燃料生產的規模或成本，那就超出了 ARPA-e 的範圍。它可能會在那個時候失敗，我們可能不知道。
即使是 1366 [Technologies，一家太陽能光伏公司]——我們現在可能會稱之為成功，因為他們獲得了私人部門的資金，他們達到了里程碑等等。但是誰知道這東西是否會在世界各地部署？如果使用 1366 個模組產生數十吉瓦的電力，那將是巨大的成功。現在這只是早期的成功。正如我在我的演講中所說，當私人部門進入時，這些是成功的早期跡象，但這並不意味著完全成功。從 ARPA-e 的角度來看，在兩年結束時，它們將是成功的，但還有很長的路要走。所以我想說我們會看看這些紅色警報如何。可能會有一些終止，但也可能會有下游失敗[也是如此]。
ARPA-e 的時間框架是否太短，無法確定某件事是成功還是失敗？
這是有可能的。我們告訴我們的人，如果有些事情行不通，而我們終止了一個專案——不要把它放在心上。再次回來。我們希望幫助創新者帶著更好的想法再次回來，我們將努力支援您。這就是為什麼我們將決賽選手帶到這裡 [華盛頓特區] 並展示他們。這些人是我們無法資助的人。這些不是失敗。
專案有兩三年的時間，有年度的批准/不批准里程碑。如果一些製造過程僅僅是基於 空調迴圈無法工作，那麼，除非他們想出一個克服他們面臨的障礙的想法，否則沒有理由繼續追求。當某些事情行不通時，他們面臨一個計劃外的障礙。他們希望克服另一個障礙，他們做到了，但他們面臨另一個障礙，並且沒有應對它的計劃。帶著克服該障礙的另一個想法回來，然後我們將再次考慮它。
那麼成本限制呢？
在這種情況下，我們正在嘗試創造燃料。我們知道目標價格是多少。如果你能以每加侖 2 美元的價格獲得它，那麼你就很棒了……運營模式類似於曼哈頓計劃。你有一個像 奧本海默這樣的資深科學家，他[正在]協調到達那裡所需的各個領域。但在成本方面有一個目標[對於 ARPA-e]。是的，我們不是在製造炸彈。我們正在採用運營模式，讓行業參與成本限制，並淘汰不會透過的東西。如果你有一種基於釕的催化劑，那就不會擴大規模。你最好還是把它從鐵中取出來。然後專注於鐵……運營模式[也]像DARPA：我們僱用人員，他們在那裡待一段時間，然後他們必須離開。我們舉辦研討會。我[過去]接受 DARPA 資助超過十年。從來沒有人問過我花了多少錢。從來沒有人——問過。你敢打賭，我們在 ARPA-e 會問這個問題，因為在能源領域這裡情況有所不同。僅僅因為我們採用了運營模式並不意味著我們要製造一個沒有成本限制的炸彈。這是一個不同的目標。
假設你們繼續下去，ARPA-e 在新專案方面接下來會做什麼？
我們擁有世界上最大的天然氣儲量，所以，是的，我希望在某個時候朝著這個方向發展。有很多工作要做。
美國政府如何才能最好地推動創新？
我們擁有世界上最好、無可比擬的科學和工程基礎設施。人們仍然來這裡做研究和接受高等教育。我們的大學系統仍然是世界上最好的，而且優勢很大。我們只需要支援這個創新生態系統。
但是那些大學裡的學生對科學和工程的興趣正在降低。
我希望看到更多的孩子進入科學和工程領域。我希望看到對科學和工程的興趣像後蘇聯時代那樣高漲。在後蘇聯時代，“火箭科學家”成為行話的一部分。我希望現在能源科學家和工程師也能成為行話。這將為我們的未來提供國家安全、經濟安全和環境安全。
我們如何激發這種興趣？
這實際上要從初中階段開始。我們需要在那個階段儘可能多地推廣科學和工程。如果你在那個階段失去了他們，那麼你就失去了一大批人。我們需要讓他們瞭解什麼是工程，以及他們可以從事這個職業——這是一個有趣的職業。這不僅僅是他們可以生存下去，而且可以蓬勃發展的事業。他們實際上可以改變世界。這非常重要。那些孩子是非常理想主義的。他們真的想提供幫助。
我們這次會議有 60 個孩子參加。我們特意確保來自全國各地能源俱樂部的學生參加——來自 30 個校園的 60 個孩子。去年是我們的第一次峰會，我們在兩個月內把它組織起來。我們沒有做好所有計劃。我們發現只有兩三個學生出現。我說，“你們的能源峰會沒有學生？”這是不可思議的。這次我們特意邀請了更多學生，現在這些學生將成為我們的形象大使——我想。他們正在形成一個由 20,000 名學生組成的網路。這太龐大了。這就是未來。我不需要說服這些學生來激發他們的積極性。他們正在激勵我，他們正在給我能量。這才是真正的未來。從這個意義上說，我真的很樂觀。如果這些大學裡能源俱樂部的學生能夠激發初中和高中的孩子，讓他們瞭解能源，並告訴他們，他們的未來危在旦夕，並讓他們興奮起來，讓這件事變得有趣，我想我們會做得很好。