行業(yè)前沿 | 亞洲最大！我國在二氧化碳直接空氣捕集技術(shù)方面取得重大突破
發(fā)布日期：2024-07-30 來源： 閱讀： 1480
我國在
二氧化碳直接空氣捕集
技術(shù)方面取得重大突破！
???
前言
Introduction
近日，亞洲最大、國際領(lǐng)先的年600噸級二氧化碳直接空氣捕集（Direct Air Capture，DAC）裝置“碳捕塊 CarbonBox”成功通過百噸級模塊滿負荷可靠性運行驗證，單個模塊順利實現(xiàn)從空氣中直接年捕集99%高濃度二氧化碳超過100噸，標志著我國在二氧化碳直接空氣捕集技術(shù)方面取得重大突破，填補了我國在超大噸位高濃度工業(yè)級DAC工程裝備領(lǐng)域的空白，對于推動我國實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略和能源綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。
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1
碳捕塊 CarbonBox
?
概述
“碳捕塊 CarbonBox”由中國能建上海成套公司聯(lián)合上海交通大學(xué)共同研發(fā)攻關(guān)、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，該技術(shù)領(lǐng)先性主要體現(xiàn)在聚焦DAC高能耗、高成本的世界性難題，通過捕集裝置結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計、工藝流程的精準優(yōu)化和核心配套件的顛覆性研發(fā)，研發(fā)團隊實現(xiàn)了二氧化碳捕集能耗的設(shè)計目標，同時確保了捕集系統(tǒng)的可靠性、安全性及使用壽命，綜合性能達到國際領(lǐng)先水平。
“碳捕塊CarbonBox”由捕集單元和處理單元組成，每個單元尺寸均為集裝箱大小，可在現(xiàn)場對模塊進行直接吊裝，無需二次組裝。同時，該裝置也可根據(jù)工程需求進行捕集單元堆疊和處理單元集中式設(shè)計，通過標準化成組集成，二氧化碳年捕集規(guī)模可達百萬噸。
通過“碳捕塊 CarbonBox”直接空氣捕集得到的二氧化碳滿足國際ISCC認證，更能克服生物質(zhì)碳源在原料供給不穩(wěn)定、地域限制等一系列的應(yīng)用掣肘，實現(xiàn)綠色碳源大批量、穩(wěn)定的供給，徹底打通當(dāng)前綠色燃料合成中面臨的碳源瓶頸。
此外，隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的深入推進和踐行，根據(jù)不同的企業(yè)機構(gòu)的碳減排和碳交易需求，CarbonBox利用其模塊化設(shè)計的特點，可大規(guī)模集中式、分布式及移動式布置，實現(xiàn)隨時、隨地、無區(qū)域限制的碳捕集配額、項目減排開發(fā)、國際碳關(guān)稅應(yīng)對、零碳建設(shè)、氣候投融資等服務(wù)，為政府機構(gòu)、集團公司、高碳企業(yè)等提供一攬子“碳中和”解決方案。
△“碳捕塊CarbonBox”來源：中國能建
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關(guān)于DAC
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DAC介紹
Work Review
直接空氣碳捕集（Direct Air Capture，DAC）是一種新興的碳捕集技術(shù)，可利用風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿鹊吞寄茉矗苯訌目諝庵胁都趸?，并實現(xiàn)二氧化碳的凈負排放。
△ 直接空氣碳捕集項目示意圖 來源：廣東南方碳捕集與封存產(chǎn)業(yè)中心
DAC技術(shù)通過使用吸收劑或其他方法直接從大氣中捕獲二氧化碳，然后將其儲存或利用。目前，DAC技術(shù)正在不斷發(fā)展中，有幾種不同的設(shè)備和方法被研究和部署。以下是一些主要的DAC設(shè)備和方法：
△ 不同碳捕獲方式的技術(shù)路線 來源：中國環(huán)境科學(xué)院
1. 液體吸收劑設(shè)備
這種類型的DAC設(shè)備使用液體吸收劑（如堿性水溶液）來捕獲二氧化碳?？諝獗灰龑?dǎo)通過含有液體吸收劑的塔或反應(yīng)器，二氧化碳被吸收進液體中。然后，通過加熱處理從液體中釋放二氧化碳，并對吸收劑進行再生。液體吸收劑方法適合于大規(guī)模應(yīng)用，但需要較大的設(shè)備和更多的能源投入。
2. 固體吸收劑設(shè)備
這類DAC設(shè)備使用固體吸收材料（如氫氧化鈉或氨基硅酸鹽）捕獲空氣中的二氧化碳?？諝馔ㄟ^裝滿固體吸收劑的容器流動時，二氧化碳被吸收。之后，通過加熱或化學(xué)處理釋放二氧化碳，并將吸收劑再生以重復(fù)使用。這種方法的優(yōu)點包括較高的二氧化碳捕捉效率和相對低的能耗。
3. 固體吸附設(shè)備
利用固體吸附材料（如沸石或活性炭）的DAC設(shè)備通過物理吸附作用捕捉空氣中的二氧化碳。這種方法通常涉及低溫下的吸附過程和高溫下的解吸過程，以實現(xiàn)二氧化碳的捕獲和釋放。固體吸附設(shè)備通常具有較高的能效和較低的運營成本。
4. 直接礦化技術(shù)
直接礦化是將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為碳酸鹽礦物的過程，這可以通過自然或加速的化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)。雖然這不是DAC的傳統(tǒng)方法，但它提供了一種將二氧化碳永久存儲的途徑。直接礦化可以在特定的反應(yīng)器內(nèi)進行，也可以利用某些類型的工業(yè)廢棄物進行。
5. 生物能源結(jié)合DAC技術(shù)
這種方法結(jié)合了生物能源的生產(chǎn)和DAC技術(shù)，通過培養(yǎng)特定的微生物（如藻類），這些微生物可以在生長過程中直接從空氣中捕獲二氧化碳。之后，這些生物質(zhì)可以被用于生產(chǎn)能源，同時捕獲的二氧化碳可以被儲存或利用。盡管DAC技術(shù)提供了一個有希望的減少大氣中二氧化碳濃度的方法，但目前這些技術(shù)仍處于發(fā)展階段，面臨成本、能效和規(guī)模擴大等挑戰(zhàn)。未來的研究和開發(fā)將是關(guān)鍵，以提高這些設(shè)備的效率和經(jīng)濟可行性，從而使DAC技術(shù)成為應(yīng)對氣候變化的有效手段之一。
△ DAC基本工藝流程 來源：中國能建
DAC發(fā)展背景
Work Review
自上世紀以來，人類的城市化與工業(yè)化對氣候產(chǎn)生了重大影響，排放出的以二氧化碳為首的大量溫室氣體造成了全球變暖等嚴重問題。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2021年發(fā)布報告稱全球變暖問題將在未來二十年達到災(zāi)難性程度。為避免出現(xiàn)氣候變化的嚴重后果，許多國家都承諾實現(xiàn)二氧化碳凈零排放。中國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，碳中和與碳達峰現(xiàn)已成為中國“十四五”污染防治攻堅戰(zhàn)的主要目標。國際能源署(IEA)估算，要在本世紀末實現(xiàn)全球溫升不超過1.5℃的目標，32%的碳減排任務(wù)要依靠二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)。
△ CCUS技術(shù)環(huán)節(jié) 來源：網(wǎng)絡(luò)
隨著各種新興技術(shù)的不斷發(fā)展,CCUS技術(shù)內(nèi)涵不斷豐富,我國2022年發(fā)布的《第四次氣候變化國家評估報告》明確CCUS技術(shù)包含生物質(zhì)能碳捕集與封存(BECCS)和直接空氣捕集(DAC)等負排放技術(shù)?！陡叩葘W(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》中也指出，要在碳中和關(guān)鍵技術(shù)行動中展開關(guān)于DAC的技術(shù)攻關(guān)研究。
與其他碳捕集技術(shù)相比，DAC技術(shù)無地域限制，可將捕集點與封存點置于一處，降低了運輸成本，也可解決交通、建筑行業(yè)等諸多二氧化碳分布源的排放問題，還可避免吸附/吸收劑性能受煙氣中高濃度污染物(如NOx、SOx等)的影響，因此DAC被認為是一項極具發(fā)展前景的碳捕集技術(shù)。
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應(yīng)用場景
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“碳捕塊CarbonBox”可廣泛應(yīng)用于綠色甲醇、綠色航空燃油等綠色燃料合成和碳交易服務(wù)等領(lǐng)域。通過“碳捕塊CarbonBox”直接空氣捕集得到的二氧化碳是真正綠色環(huán)保的碳源，滿足國際ISCC認證，更能克服生物質(zhì)碳源在原料供給不穩(wěn)定、地域限制等一系列的應(yīng)用掣肘，實現(xiàn)綠色碳源大批量、穩(wěn)定的供給，徹底打通當(dāng)前綠色燃料合成中面臨的碳源瓶頸。
△應(yīng)用場景1：綠色甲醇動力集裝箱船舶 來源：中國能建
△應(yīng)用場景2：綠色航空燃油動力航班 來源：中國能建
未來，中國能建將持續(xù)在交通能源融合領(lǐng)域深耕發(fā)展，堅持清潔能源的高效轉(zhuǎn)化、利用和綠色變革。以“碳捕塊CarbonBox”為代表的創(chuàng)新裝備的成功研發(fā)將推動國內(nèi)外新能源利用邁上新臺階，豐富雙碳減排路徑和手段，填補國內(nèi)綠色燃料合成領(lǐng)域DAC應(yīng)用的市場空白，為國家能源綠色轉(zhuǎn)型提供重要的裝備支撐，創(chuàng)造巨大的產(chǎn)業(yè)價值。
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研發(fā)團隊
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中能建（上海）成套工程有限公司
中能建（上海）成套工程有限公司作為一家集約化、一體化、國際化的綜合解決方案服務(wù)商，致力于清潔能源項目開發(fā)、成套設(shè)備系統(tǒng)集成、能源投資建設(shè)運營一體化。公司在交通能源融合領(lǐng)域深耕發(fā)展，始終堅持清潔能源的高效轉(zhuǎn)化、利用和綠色變革。以CarbonBox為代表的創(chuàng)新裝備的成功研發(fā)必將極大推動國內(nèi)外新能源利用邁上新臺階，豐富雙碳減排路徑和手段，填補國內(nèi)綠色燃料合成領(lǐng)域DAC應(yīng)用的市場空白，為國家能源綠色轉(zhuǎn)型提供重要的裝備支撐，創(chuàng)造巨大的產(chǎn)業(yè)價值。
上海交通大學(xué)
“空氣水碳調(diào)控方法與技術(shù)”團隊
上海交通大學(xué)“空氣水碳調(diào)控方法與技術(shù)”團隊致力于解決空氣中水/碳探測、捕集、利用、轉(zhuǎn)化的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進展。團隊近年來在Chemical Society Reviews、Matter、Device、Energy等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文，并推動科研成果在重要領(lǐng)域和行業(yè)應(yīng)用。此次CarbonBox研發(fā)成功是團隊科研成果落地的又一重要里程碑。
△團隊合影 來源：中國能建
END
編輯：朱禹諾
審核：李洪東
我國在
二氧化碳直接空氣捕集
技術(shù)方面取得重大突破！
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前言
Introduction
近日，亞洲最大、國際領(lǐng)先的年600噸級二氧化碳直接空氣捕集（Direct Air Capture，DAC）裝置“碳捕塊 CarbonBox”成功通過百噸級模塊滿負荷可靠性運行驗證，單個模塊順利實現(xiàn)從空氣中直接年捕集99%高濃度二氧化碳超過100噸，標志著我國在二氧化碳直接空氣捕集技術(shù)方面取得重大突破，填補了我國在超大噸位高濃度工業(yè)級DAC工程裝備領(lǐng)域的空白，對于推動我國實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略和能源綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。
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碳捕塊 CarbonBox
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概述
“碳捕塊 CarbonBox”由中國能建上海成套公司聯(lián)合上海交通大學(xué)共同研發(fā)攻關(guān)、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，該技術(shù)領(lǐng)先性主要體現(xiàn)在聚焦DAC高能耗、高成本的世界性難題，通過捕集裝置結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計、工藝流程的精準優(yōu)化和核心配套件的顛覆性研發(fā)，研發(fā)團隊實現(xiàn)了二氧化碳捕集能耗的設(shè)計目標，同時確保了捕集系統(tǒng)的可靠性、安全性及使用壽命，綜合性能達到國際領(lǐng)先水平。
“碳捕塊CarbonBox”由捕集單元和處理單元組成，每個單元尺寸均為集裝箱大小，可在現(xiàn)場對模塊進行直接吊裝，無需二次組裝。同時，該裝置也可根據(jù)工程需求進行捕集單元堆疊和處理單元集中式設(shè)計，通過標準化成組集成，二氧化碳年捕集規(guī)?？蛇_百萬噸。
通過“碳捕塊 CarbonBox”直接空氣捕集得到的二氧化碳滿足國際ISCC認證，更能克服生物質(zhì)碳源在原料供給不穩(wěn)定、地域限制等一系列的應(yīng)用掣肘，實現(xiàn)綠色碳源大批量、穩(wěn)定的供給，徹底打通當(dāng)前綠色燃料合成中面臨的碳源瓶頸。
此外，隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的深入推進和踐行，根據(jù)不同的企業(yè)機構(gòu)的碳減排和碳交易需求，CarbonBox利用其模塊化設(shè)計的特點，可大規(guī)模集中式、分布式及移動式布置，實現(xiàn)隨時、隨地、無區(qū)域限制的碳捕集配額、項目減排開發(fā)、國際碳關(guān)稅應(yīng)對、零碳建設(shè)、氣候投融資等服務(wù)，為政府機構(gòu)、集團公司、高碳企業(yè)等提供一攬子“碳中和”解決方案。
△“碳捕塊CarbonBox”來源：中國能建
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關(guān)于DAC
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DAC介紹
Work Review
直接空氣碳捕集（Direct Air Capture，DAC）是一種新興的碳捕集技術(shù)，可利用風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿鹊吞寄茉?，直接從空氣中捕集二氧化碳，并實現(xiàn)二氧化碳的凈負排放。
△ 直接空氣碳捕集項目示意圖 來源：廣東南方碳捕集與封存產(chǎn)業(yè)中心
DAC技術(shù)通過使用吸收劑或其他方法直接從大氣中捕獲二氧化碳，然后將其儲存或利用。目前，DAC技術(shù)正在不斷發(fā)展中，有幾種不同的設(shè)備和方法被研究和部署。以下是一些主要的DAC設(shè)備和方法：
△ 不同碳捕獲方式的技術(shù)路線 來源：中國環(huán)境科學(xué)院
1. 液體吸收劑設(shè)備
這種類型的DAC設(shè)備使用液體吸收劑（如堿性水溶液）來捕獲二氧化碳?？諝獗灰龑?dǎo)通過含有液體吸收劑的塔或反應(yīng)器，二氧化碳被吸收進液體中。然后，通過加熱處理從液體中釋放二氧化碳，并對吸收劑進行再生。液體吸收劑方法適合于大規(guī)模應(yīng)用，但需要較大的設(shè)備和更多的能源投入。
2. 固體吸收劑設(shè)備
這類DAC設(shè)備使用固體吸收材料（如氫氧化鈉或氨基硅酸鹽）捕獲空氣中的二氧化碳?？諝馔ㄟ^裝滿固體吸收劑的容器流動時，二氧化碳被吸收。之后，通過加熱或化學(xué)處理釋放二氧化碳，并將吸收劑再生以重復(fù)使用。這種方法的優(yōu)點包括較高的二氧化碳捕捉效率和相對低的能耗。
3. 固體吸附設(shè)備
利用固體吸附材料（如沸石或活性炭）的DAC設(shè)備通過物理吸附作用捕捉空氣中的二氧化碳。這種方法通常涉及低溫下的吸附過程和高溫下的解吸過程，以實現(xiàn)二氧化碳的捕獲和釋放。固體吸附設(shè)備通常具有較高的能效和較低的運營成本。
4. 直接礦化技術(shù)
直接礦化是將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為碳酸鹽礦物的過程，這可以通過自然或加速的化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)。雖然這不是DAC的傳統(tǒng)方法，但它提供了一種將二氧化碳永久存儲的途徑。直接礦化可以在特定的反應(yīng)器內(nèi)進行，也可以利用某些類型的工業(yè)廢棄物進行。
5. 生物能源結(jié)合DAC技術(shù)
這種方法結(jié)合了生物能源的生產(chǎn)和DAC技術(shù)，通過培養(yǎng)特定的微生物（如藻類），這些微生物可以在生長過程中直接從空氣中捕獲二氧化碳。之后，這些生物質(zhì)可以被用于生產(chǎn)能源，同時捕獲的二氧化碳可以被儲存或利用。盡管DAC技術(shù)提供了一個有希望的減少大氣中二氧化碳濃度的方法，但目前這些技術(shù)仍處于發(fā)展階段，面臨成本、能效和規(guī)模擴大等挑戰(zhàn)。未來的研究和開發(fā)將是關(guān)鍵，以提高這些設(shè)備的效率和經(jīng)濟可行性，從而使DAC技術(shù)成為應(yīng)對氣候變化的有效手段之一。
△ DAC基本工藝流程 來源：中國能建
DAC發(fā)展背景
Work Review
自上世紀以來，人類的城市化與工業(yè)化對氣候產(chǎn)生了重大影響，排放出的以二氧化碳為首的大量溫室氣體造成了全球變暖等嚴重問題。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2021年發(fā)布報告稱全球變暖問題將在未來二十年達到災(zāi)難性程度。為避免出現(xiàn)氣候變化的嚴重后果，許多國家都承諾實現(xiàn)二氧化碳凈零排放。中國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，碳中和與碳達峰現(xiàn)已成為中國“十四五”污染防治攻堅戰(zhàn)的主要目標。國際能源署(IEA)估算，要在本世紀末實現(xiàn)全球溫升不超過1.5℃的目標，32%的碳減排任務(wù)要依靠二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)。
△ CCUS技術(shù)環(huán)節(jié) 來源：網(wǎng)絡(luò)
隨著各種新興技術(shù)的不斷發(fā)展,CCUS技術(shù)內(nèi)涵不斷豐富,我國2022年發(fā)布的《第四次氣候變化國家評估報告》明確CCUS技術(shù)包含生物質(zhì)能碳捕集與封存(BECCS)和直接空氣捕集(DAC)等負排放技術(shù)?！陡叩葘W(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》中也指出，要在碳中和關(guān)鍵技術(shù)行動中展開關(guān)于DAC的技術(shù)攻關(guān)研究。
與其他碳捕集技術(shù)相比，DAC技術(shù)無地域限制，可將捕集點與封存點置于一處，降低了運輸成本，也可解決交通、建筑行業(yè)等諸多二氧化碳分布源的排放問題，還可避免吸附/吸收劑性能受煙氣中高濃度污染物(如NOx、SOx等)的影響，因此DAC被認為是一項極具發(fā)展前景的碳捕集技術(shù)。
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應(yīng)用場景
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“碳捕塊CarbonBox”可廣泛應(yīng)用于綠色甲醇、綠色航空燃油等綠色燃料合成和碳交易服務(wù)等領(lǐng)域。通過“碳捕塊CarbonBox”直接空氣捕集得到的二氧化碳是真正綠色環(huán)保的碳源，滿足國際ISCC認證，更能克服生物質(zhì)碳源在原料供給不穩(wěn)定、地域限制等一系列的應(yīng)用掣肘，實現(xiàn)綠色碳源大批量、穩(wěn)定的供給，徹底打通當(dāng)前綠色燃料合成中面臨的碳源瓶頸。
△應(yīng)用場景1：綠色甲醇動力集裝箱船舶 來源：中國能建
△應(yīng)用場景2：綠色航空燃油動力航班 來源：中國能建
未來，中國能建將持續(xù)在交通能源融合領(lǐng)域深耕發(fā)展，堅持清潔能源的高效轉(zhuǎn)化、利用和綠色變革。以“碳捕塊CarbonBox”為代表的創(chuàng)新裝備的成功研發(fā)將推動國內(nèi)外新能源利用邁上新臺階，豐富雙碳減排路徑和手段，填補國內(nèi)綠色燃料合成領(lǐng)域DAC應(yīng)用的市場空白，為國家能源綠色轉(zhuǎn)型提供重要的裝備支撐，創(chuàng)造巨大的產(chǎn)業(yè)價值。
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研發(fā)團隊
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中能建（上海）成套工程有限公司
中能建（上海）成套工程有限公司作為一家集約化、一體化、國際化的綜合解決方案服務(wù)商，致力于清潔能源項目開發(fā)、成套設(shè)備系統(tǒng)集成、能源投資建設(shè)運營一體化。公司在交通能源融合領(lǐng)域深耕發(fā)展，始終堅持清潔能源的高效轉(zhuǎn)化、利用和綠色變革。以CarbonBox為代表的創(chuàng)新裝備的成功研發(fā)必將極大推動國內(nèi)外新能源利用邁上新臺階，豐富雙碳減排路徑和手段，填補國內(nèi)綠色燃料合成領(lǐng)域DAC應(yīng)用的市場空白，為國家能源綠色轉(zhuǎn)型提供重要的裝備支撐，創(chuàng)造巨大的產(chǎn)業(yè)價值。
上海交通大學(xué)
“空氣水碳調(diào)控方法與技術(shù)”團隊
上海交通大學(xué)“空氣水碳調(diào)控方法與技術(shù)”團隊致力于解決空氣中水/碳探測、捕集、利用、轉(zhuǎn)化的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進展。團隊近年來在Chemical Society Reviews、Matter、Device、Energy等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文，并推動科研成果在重要領(lǐng)域和行業(yè)應(yīng)用。此次CarbonBox研發(fā)成功是團隊科研成果落地的又一重要里程碑。
△團隊合影 來源：中國能建
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編輯：朱禹諾
審核：李洪東