马里兰州国家海港——美国每天进口价值 10 亿美元的石油。然而，与 40 年前卡特总统将能源改革称为“战争的道德等价物”时相比，这个国家在摆脱对外国石油的依赖方面并没有取得更大的进展。
能源高级研究计划署 (ARPA-e) 于 2009 年成立，其任务是将替代能源方面的科学发现转化为可部署的技术。机械工程师兼 ARPA-e 主任阿伦·马宗达 (Arun Majumdar) 在该机构 3 月 1 日在华盛顿特区举行的第二次年度峰会上表示：“美国的未来取决于三种安全：国家安全、经济安全和环境安全。这三者的基础是能源技术的创新。”
马宗达从劳伦斯伯克利国家实验室来到 ARPA-e 和华盛顿特区，他在那里管理环境能源技术部门，将妻子和年幼的女儿留在了加利福尼亚。尽管如此，这位和蔼可亲的主任仍然保持着《星际迷航》中的柯克舰长的热情和风度，以及该角色对对抗的偏好，他对该机构的受资助者和顽固的事实（如美国对外国石油的依赖，每年超过 3000 亿美元的账单）进行了建设性的对抗。他说：“在我有生之年，我希望能把这个数字减少几个零。”
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因此，在马宗达的领导下，ARPA-e 将其预算投资于以下项目：为电动汽车提供更好的电池，以进一步减少美国对石油的需求；更便宜的光伏发电，以产生储存在这些电池中的电力；甚至被称为“电燃料”的技术，将二氧化碳转化为液体燃料，从而逆转燃烧，延长石油供应并限制温室气体排放。
目标是发明一个不同的能源未来，既能使美国继续大量使用能源，又能将其传播到世界其他地区。马宗达指出：“我们很聪明，我们需要以可持续的方式让自己更聪明。但世界上有许多地方的人们还没有开灯。如果我们能让他们打开正确的灯，这将是美国最大的商机。”
《大众科学》在峰会结束后与马宗达谈论了 ARPA-e、创新和教育。
[以下为采访的编辑版文字记录。]
美国政府显然有很多能源研究工作，几乎像一个大型生态系统。ARPA-e 如何融入其中？
如果你遇到一个主要障碍，你需要有资金保障才能让最聪明的人加入——科学家和工程师一起工作。这就是中心的设计，就像联合人工光合作用中心 [加州理工学院] 的阳光到燃料中心……JCAP 正在试图了解如何分解水的科学……ARPA-e 是一种不同的模式。你正在将科学转化为技术，并且你有一个快速的进展。这并不意味着在两三年[的资助]之后它会立即进入市场，它仍然需要扩大规模等等。但至少你正在尝试一个想法。创建 ARPA-e 的国家科学院报告[《超越风暴》] 背后的睿智思想领袖认为，一个去尝试新的、高风险想法的地方是不存在的。[这]就是 ARPA-e 创建的目的。
我们说，如果能源是下一次工业革命，如果我们要在这个全球竞争激烈的世界中具有竞争力，而我们现在正在落后，那么，我们应该为此努力。你需要中心来解决长期问题，你需要 ARPA-e 来寻找将科学转化为技术的短期方法。
那么，您正在从事哪些高风险项目？
劳伦斯伯克利国家实验室有一个项目，他们有一种新的制氢催化剂，它是基于钼而不是基于铂的，所以它更便宜。这在无机环境中得到了证明。他们正在将这种催化剂连接到一种微生物上。我认为他们不知道当催化剂连接到微生物上时是否真的会起作用，因为在微生物周围存在盐浓度、其他蛋白质和各种各样的东西。你必须试一试。这应该会产生氢，微生物将消耗这些氢来生产电燃料。现在这很冒险。但也有风险稍低的项目。
乙醇需要 30 年的补贴才能达到美国交通燃料的 10%。这种高风险的研究需要多长时间才能开始交付成果？
它们都有不同的时间尺度、不同的行业、不同的供应链、不同的销售渠道、不同的工业成本、不同的经济因素、不同的监管障碍。就全球范围而言，在未来两三年内不会发生这种情况。产品实际到达消费者手中或投入能源基础设施很可能需要 10 年以上的时间。我最乐观的估计是 10 年。但坦率地说，看看互联网花了多长时间——从 1968 年和 阿帕网到 20 世纪 80 年代末。那是 20 年。这应该是我们应该关注的时间尺度。这需要一些时间。
哪些项目能最快交付成果？电燃料确实处于早期阶段。我不认为我们应该期望它很快出现。坦率地说，我不知道哪种会先进入市场。也许是电力电子 [用于调节电力供应的设备]。与此同时，电力电子具有不同的功率级别。有消费类电力电子和消费类电源，这与电网和变压器上的电力电子截然不同。
这如何帮助应对气候变化或其他与能源相关的挑战？
这是环境安全。这不仅仅是气候变化，还有污染……我们正在做的事情将以积极的方式影响气候。如果你能以每千瓦时 5 美分的价格降低太阳能发电成本，并且它在没有补贴的情况下也能扩展，那么，我认为这对气候来说是相当不错的。如果你能以每吨二氧化碳 25 美元的成本进行碳捕获，那么这对气候也有好处。如果你通过获取二氧化碳并将二氧化碳作为原料来生产电燃料，那么这对气候也有好处。但让我们着手我们同意的事情，让我们前进。否则它会变成僵局，什么都动不了，而世界其他地方却在快速前进。
那么失败呢？毕竟，这是高风险研究。它是如何运作的？
他们没有达到里程碑。有些事情行不通。所以我们的项目主管正在花费大量时间在这些项目上，以帮助他们解决问题。有时它会找到我，我正在思考——戴上我的科学帽子——我正在思考如何帮助这些人解决这些问题。我们的主要目标是帮助他们达到里程碑并向前迈进。但有时这项技术由于各种无法预见的原因而无法发挥作用，因为我们不确切知道问题会是什么。因此，这些红色警报，如果他们在未来两三个月内没有达到里程碑——我们会给他们一个缓冲期，而不是直接将其切断——那么我们将不得不终止一些项目。我宁愿把这笔钱放回国库。
这些项目的风险足够高吗？
现在，其中一些项目将会失败。我们将终止它们，并将资金投放到有效的地方，或者直接放回国库。但一些失败可能会在 ARPA-e 之外发生。它现在有效，但如果你真的试图扩大燃料生产的规模或成本，那就超出了 ARPA-e 的范围。它可能会在那个时候失败，我们可能不知道。
即使是 1366 [Technologies，一家太阳能光伏公司]——我们现在可能会称之为成功，因为他们获得了私人部门的资金，他们达到了里程碑等等。但是谁知道这东西是否会在世界各地部署？如果使用 1366 个模块产生数十吉瓦的电力，那将是巨大的成功。现在这只是早期的成功。正如我在我的演讲中所说，当私人部门进入时，这些是成功的早期迹象，但这并不意味着完全成功。从 ARPA-e 的角度来看，在两年结束时，它们将是成功的，但还有很长的路要走。所以我想说我们会看看这些红色警报如何。可能会有一些终止，但也可能会有下游失败[也是如此]。
ARPA-e 的时间框架是否太短，无法确定某件事是成功还是失败？
这是有可能的。我们告诉我们的人，如果有些事情行不通，而我们终止了一个项目——不要把它放在心上。再次回来。我们希望帮助创新者带着更好的想法再次回来，我们将努力支持您。这就是为什么我们将决赛选手带到这里 [华盛顿特区] 并展示他们。这些人是我们无法资助的人。这些不是失败。
项目有两三年的时间，有年度的批准/不批准里程碑。如果一些制造过程仅仅是基于 空调循环无法工作，那么，除非他们想出一个克服他们面临的障碍的想法，否则没有理由继续追求。当某些事情行不通时，他们面临一个计划外的障碍。他们希望克服另一个障碍，他们做到了，但他们面临另一个障碍，并且没有应对它的计划。带着克服该障碍的另一个想法回来，然后我们将再次考虑它。
那么成本限制呢？
在这种情况下，我们正在尝试创造燃料。我们知道目标价格是多少。如果你能以每加仑 2 美元的价格获得它，那么你就很棒了……运营模式类似于曼哈顿计划。你有一个像 奥本海默这样的资深科学家，他[正在]协调到达那里所需的各个领域。但在成本方面有一个目标[对于 ARPA-e]。是的，我们不是在制造炸弹。我们正在采用运营模式，让行业参与成本限制，并淘汰不会通过的东西。如果你有一种基于钌的催化剂，那就不会扩大规模。你最好还是把它从铁中取出来。然后专注于铁……运营模式[也]像DARPA：我们雇用人员，他们在那里待一段时间，然后他们必须离开。我们举办研讨会。我[过去]接受 DARPA 资助超过十年。从来没有人问过我花了多少钱。从来没有人——问过。你敢打赌，我们在 ARPA-e 会问这个问题，因为在能源领域这里情况有所不同。仅仅因为我们采用了运营模式并不意味着我们要制造一个没有成本限制的炸弹。这是一个不同的目标。
假设你们继续下去，ARPA-e 在新项目方面接下来会做什么？
我们拥有世界上最大的天然气储量，所以，是的，我希望在某个时候朝着这个方向发展。有很多工作要做。
美国政府如何才能最好地推动创新？
我们拥有世界上最好、无可比拟的科学和工程基础设施。人们仍然来这里做研究和接受高等教育。我们的大学系统仍然是世界上最好的，而且优势很大。我们只需要支持这个创新生态系统。
但是那些大学里的学生对科学和工程的兴趣正在降低。
我希望看到更多的孩子进入科学和工程领域。我希望看到对科学和工程的兴趣像后苏联时代那样高涨。在后苏联时代，“火箭科学家”成为行话的一部分。我希望现在能源科学家和工程师也能成为行话。这将为我们的未来提供国家安全、经济安全和环境安全。
我们如何激发这种兴趣？
这实际上要从初中阶段开始。我们需要在那个阶段尽可能多地推广科学和工程。如果你在那个阶段失去了他们，那么你就失去了一大批人。我们需要让他们了解什么是工程，以及他们可以从事这个职业——这是一个有趣的职业。这不仅仅是他们可以生存下去，而且可以蓬勃发展的事业。他们实际上可以改变世界。这非常重要。那些孩子是非常理想主义的。他们真的想提供帮助。
我们这次会议有 60 个孩子参加。我们特意确保来自全国各地能源俱乐部的学生参加——来自 30 个校园的 60 个孩子。去年是我们的第一次峰会，我们在两个月内把它组织起来。我们没有做好所有计划。我们发现只有两三个学生出现。我说，“你们的能源峰会没有学生？”这是不可思议的。这次我们特意邀请了更多学生，现在这些学生将成为我们的形象大使——我想。他们正在形成一个由 20,000 名学生组成的网络。这太庞大了。这就是未来。我不需要说服这些学生来激发他们的积极性。他们正在激励我，他们正在给我能量。这才是真正的未来。从这个意义上说，我真的很乐观。如果这些大学里能源俱乐部的学生能够激发初中和高中的孩子，让他们了解能源，并告诉他们，他们的未来危在旦夕，并让他们兴奋起来，让这件事变得有趣，我想我们会做得很好。