科技議題

首頁> 科技議題 - 能源科技> 美國能源部未來科學法
美國能源部未來科學法 Department of Energy Science for the Future Act
2021/05
The House of Representatives
https://science.house.gov/imo/media/doc/DOE%20Science%20for%20the%20Future%20Act%20-%20Johnson-Lucas-Bowman-Weber.pdf
該兩黨法案將賦予科學辦公室有史以來首次全面授權,科學辦公室占美國能源部非國防研發預算的五成以上,長期支持研究設備和活動,以提升美國競爭力與實現潔淨能源未來。法案所涵蓋的六大研究領域有:(1)進階科學計算研究 (Advanced Scientific Computing Research)、(2)基礎能源科學(Basic Energy Sciences)(3)生物暨環境研究(Biological and Environmental Research)(4)融合能科學(Fusion Energy Sciences)(5)高能物理學(High Energy Physics)(6)核子物理學(Nuclear Physics)。科學未來法的另一項重點,則是將觸角延伸至教育領域,透過實習計畫(Traineeships)落實教師與科學家間的合作,因應能源部STEAM領域之人力需求與配置,並解決人力落差問題。

核心研究領域重點摘要如下:
一、進階科學計算研究
未來科學法授權應用數學、計算科學和計算機科學等研究活動,與能源部使命息息相關,也是未來科學計算能力的基礎。該法案也針對「能源科學網」(Energy Sciences Network)授權升級,目的在為新一代、異值性(heterogeneous)和節能計算系統中奠下基礎,以迎向百萬兆級運算電腦系統(Exascale Computing System)的時代。此外,為迎頭趕上因進階科學計算研究蓬勃發展所衍生的人力需求,法案大幅增加能源部「計算科學畢業生獎學金」(Computational Science Graduate Fellowship, CSGF)之預算,鼓勵相關專業人力投入。再者,量子科學為許多技術應用帶來了創新契機。有鑑於此,法案將積極支持展開量子研究、開發和示範計劃,像是:「量子網絡基礎設施研究和發展計劃」(Quantum Network Infrastructure Research and Development program)和「科學技術量子使用者拓展計畫」(Quantum User Expansion for Science and Technology, QUEST)(QUEST鼓勵並促進觸及用於研究目的之量子運算硬體和雲端運算)。

二、基礎能源科學
該法案支持材料科學與工程、化學、物理生物科學與地球科學等研究活動,就電子、原子和分子各層級,全方位地了解與預測實現最終控制物質和能量,為新能源技術提供基礎。另外,永續化學、能源儲存、人工光合作用以及計算材料和化學中心(computational materials and chemistry centers)等研究活動也是法案優先發展核心項目。而在專款部分,法案將批准用於支持基礎能源科學使用者與設施維護等活動,包含: Advanced Photon Source Upgrade、Spallation Neutron Source Proton Power Upgrade and Second Target Station、Advanced Light Source Upgrade、Linac Coherent Light Source II High Energy Upgrade、the Nanoscale Science Research Center Recapitalization Project。

三、生物暨環境研究
該法案授權建立和支持多達六個生物能源研究中心,針對下述學門進行基礎研究:植物暨微生系統生物學(plant and microbial systems biology)、生物成像與分析(biological imaging and analysis)、基因體學(genomics),以加速以下領域發展,像是:生質基液態運輸燃料(biomass-based liquid transportation fuels)、生物能源(bioenergy)、其他產自不同地區生質基相關的材料、化學品與產品。在專款部分,法案將批准用於生物暨環境研究之低劑量輻射研究計畫。該法案更提供地球與環境系統科學觀測研究活動之指導方針,包含:大氣研究:更深入了解當溫室氣體排放濃度增加時,對氣候變遷的衝擊;生物地球化學地下研究(biogeochemical subsurface research):以減緩由能源生產污染物造成的影響;以及碳水循環陸地資源管理研究(carbon and water cycle terrestrial resource management research)。此外,該法案也授權進行沿海地區研究計劃。

四、融合能科學
該法案延續2020年「能源法」(Energy Act),針對正在擴張與創新的融合能研究活動擴大授權,包含:慣性融合能(inertial fusion energy)、公私夥伴里程碑計畫(milestone-based public-private partnership program)、繼續支持國際熱核融合實驗反應爐(ITER)計畫,並有效管理成本。也與融合能科學諮詢委員會(the Fusion Energy Sciences Advisory Committee)和美國國家科學院(National Academies)近期報告立場一致,旨在為美國核融合研究、開發和商業化活動提供長期指導。而該法案更針對以下研究活動制定授權級別,囊括:核融合材料研發、核融合系統設計活動、與材料電漿暴露實驗(Materials Plasma Exposure Experiment)。再者,法案亦授權物質在極端條件下儀器升級(Matter in Extreme Conditions Instrument Upgrade),並為核融合研究應用之高效能計算活動提供指導方針。

五、高能物理學
該法案支持基本粒子物理學(elementary particle physics)之理論與相關實驗研究、以及基本加速器(fundamental accelerator)科技發展。並介紹高能和宇宙尖端研究的具體活動細節,為國際合作提供明確方向,例如:支持長基線中微子設備(Long Baseline Neutrino Facility, LBNF)/深層地下中微子實驗(Deep Underground Neutrino Experiment, DUNE)和大型強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)。該法案亦授權每年撥款用於:建置LBNF/DUNE與宇宙微波背景輻射第四階段(Cosmic Microwave Background-Stage 4),以及其他來自近期由高能物理諮詢小組(High Energy Physics Advisory Panel)下P5分組(粒子物理計畫優先次序制定小組(Particle Physics Project Prioritization Panel, P5))報告所釋出的研究項目。另外一項具體授權,則聚焦於地下科學與加速器/探測器的研發。

六、核子物理學
該法案授權研究與深入理解各種形式的核物質,並授權用於研究、醫療與工業目的之同位素生產計劃,並將撥款用於建置電子離子對撞機(electron Ion Collider, EIC)和同位素束流裝置(Facility for Rare Isotope Beams, FRIB)。

其他重要議題:
七、教師和科學家的勞動力發展
該法案指示相關部門擴大STEM 專業人員培訓,以因應能源部人才需求。此外,在人力質量、多樣性、公平性與包容性上皆應予以重視,具體行動將落實在擴大招聘範圍,並拓展與少數族裔服務機構、新興研究機構與科學團體間的伙伴關係。例如:支持美國國家科學基金會(National Science Foundation, NSF)之「工程科學領域全國性社群弱勢人才包容計畫」(Inclusion across the Nation of Communities of Learners of Underrepresented Discoverers in Engineering and Science, INCLUDES),促進美國STEM領域弱勢人才受教權與職場參與,特別是:少數族裔、女性、偏鄉、以及低收入族群等。

八、跨領域倡議
該法案制定高強度雷射研究計劃來扶植PW規模(petawatt-scale)與高平均功率雷射(high average power laser)技術研發,未來將廣泛應用於探索科學與能源技術應用,與國家科學院近期報告建議一致。該法案還制定了一項計劃,為受能源部資助研究人員減少氦氣消耗,並鼓勵氦氣回收和再利用。

陳霈
英文