ARPA-E

Criação e legislação

A proposta de criar a ARPA-E surgiu no relatório Rising Above the Gathering Storm: Energizing and Employing America for a Brighter Economic Future, das Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina. O relatório defendia que os Estados Unidos estimulassem a inovação e desenvolvessem formas de produzir energia limpa, acessível e confiável. A agência foi criada em 2007 no Departamento de Energia pela lei America COMPETES, apresentada pelo deputado Bart Gordon, mas ainda sem orçamento. Os primeiros recursos, cerca de US$ 400 milhões, vieram do pacote de estímulo econômico de fevereiro de 2009, a American Recovery and Reinvestment Act.

A reautorização da America COMPETES foi discutida no Congresso em 2010. A lei de reautorização de 2010, sancionada no início de janeiro de 2011, alterou a estrutura da ARPA-E. As disposições sobre a agência estão na seção 16538 do título 42, capítulo 149, subcapítulo XVII, do Código dos Estados Unidos. Essa seção estabelece que a agência deve alcançar seus objetivos por meio de projetos de tecnologia energética que busquem os seguintes resultados.

1. Encontrar e estimular avanços revolucionários nas ciências básicas e aplicadas.
2. Transformar descobertas científicas e invenções de ponta em inovações tecnológicas.
3. Acelerar avanços tecnológicos transformadores em áreas nas quais a indústria dificilmente investiria sozinha, devido às incertezas técnicas e financeiras.

Missão

Assim como a DARPA faz com a tecnologia militar, a ARPA-E financia pesquisas de alto risco e com grande potencial de retorno em laboratórios governamentais, empresas privadas e universidades, que talvez não fossem realizadas sem esse apoio. A agência tem quatro objetivos.

1. Renovar o entusiasmo pela pesquisa em energia e dar a ela um propósito capaz de atrair os pesquisadores mais talentosos dos Estados Unidos.
2. Concentrar o apoio em pesquisas criativas, capazes de transformar as tecnologias de energia, que a indústria não pode ou não quer financiar devido ao alto risco, apesar do grande potencial de retorno.
3. Adotar uma estrutura semelhante à da ARPA, enxuta, ágil e com poucos níveis hierárquicos, capaz de manter por longos períodos os projetos que conservem seu potencial e encerrar gradualmente os programas cujos resultados fiquem aquém do esperado.
4. Criar um instrumento para aproximar a pesquisa básica em energia do desenvolvimento tecnológico e da inovação industrial.

Início das atividades

A ARPA-E foi criada pela lei America COMPETES, sancionada pelo presidente George W. Bush em agosto de 2007. O presidente Barack Obama anunciou o início das atividades da agência em 27 de abril de 2009, ao apresentar investimentos federais em pesquisa e desenvolvimento e no ensino de ciências. Pouco depois, a ARPA-E lançou seu primeiro edital de financiamento, com um total de US$ 151 milhões e valores entre US$ 500 mil e US$ 9 milhões por projeto. Os candidatos apresentaram propostas preliminares de oito páginas com a concepção técnica do projeto. Parte deles recebeu um convite para apresentar propostas completas.

Arun Majumdar, ex-diretor adjunto do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, foi indicado para ser o primeiro diretor da ARPA-E em setembro de 2009, mais de seis meses após a liberação dos primeiros recursos para a agência. O secretário de Energia dos Estados Unidos, Steven Chu, presidiu o primeiro encontro de inovação em energia da ARPA-E, realizado de 1 a 3 de março de 2010 em Washington, D.C.

Criação de projetos

O processo começa com uma análise aprofundada de um problema energético para encontrar temas que possam dar origem a programas. Os diretores de programas organizam encontros técnicos para ouvir especialistas de diferentes áreas sobre tecnologias existentes e em desenvolvimento. Até fevereiro de 2011, a ARPA-E havia organizado ou ajudado a organizar 13 desses encontros.

Após cada encontro, o diretor de programa apresenta uma proposta e justifica sua criação com base em critérios definidos. Em seguida, incorpora as sugestões recebidas e submete o programa à aprovação do diretor da agência. Com a aprovação, a ARPA-E cria o programa e publica um edital de financiamento, ou FOA na sigla em inglês, para receber propostas de projetos.

Avaliação por pares

A avaliação por pares busca aumentar as chances de sucesso dos programas. Durante a análise das propostas, a ARPA-E solicita pareceres de especialistas externos com experiência na área. Os avaliadores examinam as candidaturas ao longo de semanas e depois se reúnem em um comitê de avaliação.

Os candidatos podem ler os comentários dos avaliadores e apresentar uma resposta, que a agência analisa antes de decidir sobre o financiamento. Esse prazo permite esclarecer dúvidas e corrigir mal-entendidos, dando à ARPA-E mais informações para selecionar os projetos.

Primeira rodada de financiamento

Em 26 de outubro de 2009, o Departamento de Energia e a ARPA-E destinaram US$ 151 milhões da American Recovery and Reinvestment Act a 37 projetos de pesquisa em energia. Os recursos financiaram tecnologias de energias renováveis, como células solares, turbinas eólicas, perfuração geotérmica, biocombustíveis e cultivos destinados à produção de biomassa energética. Também apoiaram tecnologias de eficiência energética, incluindo eletrônica de potência e conjuntos de motor e gerador para veículos de tecnologia avançada, dispositivos de recuperação de calor residual, vidros inteligentes e sistemas de controle para edifícios inteligentes, diodos emissores de luz, ou LEDs, membranas de osmose inversa para dessalinização da água, catalisadores para decompor a água em hidrogênio e oxigênio, membranas aperfeiçoadas para células a combustível e materiais magnéticos com maior densidade de energia para componentes eletrônicos. Seis projetos receberam recursos para tecnologias de armazenamento de energia, entre elas um supercapacitor, baterias de íons de lítio aperfeiçoadas, baterias de metal-ar que usam líquidos iônicos, baterias de sódio líquido e baterias de metal líquido.

Outros projetos financiados pesquisaram e desenvolveram um biorreator com potencial para produzir gasolina diretamente da luz solar e do dióxido de carbono e uma tecnologia de crescimento de cristais para reduzir o custo dos LEDs.

Segunda rodada de financiamento

O secretário de Energia Steven Chu anunciou a segunda rodada de financiamento da ARPA-E em 7 de dezembro de 2009. A agência recebeu propostas para três programas. O Electrofuels buscava produzir biocombustíveis a partir de eletricidade. O BEEST se dedicava a baterias para armazenamento de energia elétrica nos transportes, e o IMPACCT, a materiais e processos inovadores para tecnologias avançadas de captura de carbono. Em 29 de abril de 2010, o vice-presidente Joe Biden anunciou os 37 projetos selecionados entre mais de 540 propostas preliminares. Os valores por projeto variaram de aproximadamente US$ 500 mil a US$ 6 milhões e foram destinados a laboratórios nacionais, universidades e empresas.

A segunda rodada passou a receber propostas separadas por categoria. Dos projetos selecionados, 14 pertenciam ao IMPACCT, 13 ao Electrofuels e dez ao BEEST. A Escola de Medicina Harvard, por exemplo, apresentou ao Electrofuels o projeto "Desenvolvimento de uma célula a combustível bacteriana reversa", voltado à criação de uma bactéria capaz de converter dióxido de carbono em gasolina. O Instituto de Tecnologia de Massachusetts, ou MIT, recebeu financiamento do BEEST para a proposta "Bateria a combustível semissólida recarregável", que buscava produzir baterias veiculares menores, mais leves e mais baratas. Entre os projetos do IMPACCT estava o "Processo de captura de CO2 com absorventes que mudam de fase", do GE Global Research Center, voltado a um líquido que se solidifica ao entrar em contato com dióxido de carbono.

Terceira rodada de financiamento

Em 2 de março de 2010, durante o primeiro encontro de inovação em energia da ARPA-E, Steven Chu anunciou a terceira rodada de financiamento. As propostas foram novamente organizadas por categoria, com os programas GRIDS, para armazenamento de energia em escala de rede com resposta ajustável, operação intermitente e fornecimento sob demanda, ADEPT, para tecnologias de conversão e fornecimento ágil de energia elétrica, e BEET-IT, para eficiência energética em edifícios por meio de dispositivos térmicos inovadores.

O GRIDS recebeu projetos para ampliar o uso de sistemas de armazenamento de energia economicamente viáveis em escala de rede. O programa abrangia duas áreas. A primeira reunia provas de conceito de componentes de armazenamento para validar novas formas de armazenar eletricidade ainda distantes da aplicação comercial. A segunda envolvia protótipos de sistemas avançados que corrigissem limitações das tecnologias de armazenamento já usadas nas redes.

O ADEPT financiava materiais que permitissem avanços em materiais magnéticos moles, chaves de alta tensão e armazenamento de carga confiável e de alta densidade. O programa abrangia três categorias. A primeira era a de conversores de potência totalmente integrados em chips, com aplicações como circuitos compactos e eficientes para iluminação de estado sólido, microinversores distribuídos para sistemas fotovoltaicos e fontes de alimentação de um único chip para computadores. A segunda reunia conversores de potência integrados em um mesmo encapsulamento, na escala de quilowatts, para aplicações como inversores eficientes e de baixo custo em sistemas fotovoltaicos conectados à rede e motores de velocidade variável. A terceira era a de sistemas leves de conversão de energia de estado sólido e média tensão, destinados a aplicações de alta potência, como subestações elétricas de estado sólido e geradores de turbinas eólicas.

O BEET-IT recebeu propostas de tecnologias de refrigeração e ar-condicionado para edifícios que reduzissem o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa. O programa abrangia sistemas de refrigeração com fluidos de baixo potencial de aquecimento global, sistemas de ar-condicionado para climas quentes e úmidos com maior coeficiente de desempenho, ou COP, e sistemas de ar-condicionado por compressão de vapor para climas quentes, também com maior COP, destinados à recirculação do ar.

Em 12 de julho de 2010, Chu anunciou a seleção de 43 projetos nos programas GRIDS, ADEPT e BEET-IT. Os recursos somaram US$ 92 milhões, com valores de US$ 400 mil a US$ 5 milhões por projeto. Foram selecionados 14 projetos no ADEPT, 17 no BEET-IT e 12 no GRIDS. Entre eles estavam uma "Bateria de fluxo de chumbo-ácido solúvel", do GRIDS, que bombeia substâncias químicas por uma célula da bateria quando há demanda de eletricidade, e "Módulos de potência de carbeto de silício para conversão de energia em escala de rede", do ADEPT, que usa transistores avançados para facilitar o controle e a adaptação da rede elétrica. Outro projeto, "Ciclo de refrigeração por absorção e osmose", do BEET-IT, propunha um sistema de ar-condicionado com água como fluido refrigerante, em substituição aos fluidos convencionais.

Quarta rodada de financiamento

A quarta rodada de financiamento da ARPA-E foi anunciada em 20 de abril de 2011 e abrangeu cinco áreas tecnológicas. O PETRO buscava desenvolver plantas capazes de substituir o petróleo. O HEATS se dedicava ao armazenamento térmico avançado de alta densidade energética, e o REACT, a alternativas às terras-raras em tecnologias essenciais. O GENI tratava da integração de eletricidade de fontes renováveis à rede, e o Solar ADEPT, de tecnologias de conversão e fornecimento ágil de energia elétrica solar.

O PETRO financiava projetos para produzir biocombustíveis com matérias-primas dos Estados Unidos, como tabaco e pinheiros, pela metade do custo então praticado. O REACT apoiava tecnologias em estágio inicial que reduzissem ou eliminassem a dependência de terras-raras, com substitutos para esses materiais em motores de veículos elétricos e geradores eólicos. O HEATS financiava avanços no armazenamento de energia térmica. O GENI se concentrava em programas de computador e equipamentos capazes de controlar a rede elétrica com confiabilidade. O Solar ADEPT recebia projetos que integrassem eletrônica de potência a painéis e usinas solares para captar e fornecer energia com mais eficiência.

Os projetos selecionados foram anunciados em 29 de setembro de 2011. Ao todo, 60 projetos receberam US$ 156 milhões do orçamento da ARPA-E para o exercício de 2011. Entre eles estava uma proposta do PETRO para aumentar a produção de terebintina, um biocombustível líquido de origem vegetal. O projeto "Ímã permanente à base de manganês", do REACT, buscava reduzir o custo de turbinas eólicas e veículos elétricos com um novo compósito de manganês que substituísse os ímãs de terras-raras. O "HybriSol", do HEATS, desenvolvia uma bateria térmica para armazenar energia solar. Um projeto do GENI propunha o controle automatizado, em tempo real, das linhas de transmissão da rede elétrica. Outro desenvolvia componentes eletrônicos leves para conectar painéis fotovoltaicos instalados em paredes ou telhados.