新氣象 | 減碳路上的“捕碳高手” 探訪高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

科研人員正在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行二氧化碳捕集實(shí)驗(yàn)。王珍 攝 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

華能清能院副總工程師郜時(shí)旺在進(jìn)行吸收劑性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。（華能清能院 供圖） 本`文@內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

華能清能院CCUS團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的多種二氧化碳吸收劑及捕集塔填料等。王珍 攝 本%文$內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

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位于華能上海石洞口電廠的我國(guó)首個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)二氧化碳捕集裝置。（華能清能院 供圖）

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　　二氧化碳，我們并不陌生。自然界產(chǎn)生、人體呼出、工業(yè)排放……它在我們生活中無(wú)處不在，無(wú)色無(wú)味，看不見(jiàn)也摸不著，卻是導(dǎo)致全球氣候變暖的“元兇”之一。

　　節(jié)能降碳，不只靠種樹(shù)，也要靠技術(shù)。作為世界上最大的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，我國(guó)不斷通過(guò)科技創(chuàng)新，積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型。除了大力發(fā)展新能源從源頭上實(shí)現(xiàn)零碳替代，以及推動(dòng)煤炭清潔高效利用實(shí)現(xiàn)過(guò)程中減污降碳之外，終端捕碳固碳技術(shù)也成為重要的探究方向。 內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　據(jù)介紹，簡(jiǎn)稱為CCUS的碳捕集利用與封存技術(shù)，就是將能源行業(yè)、工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳捕集下來(lái)，送到合適的地點(diǎn)加以利用或者地質(zhì)封存，從而避免或延緩二氧化碳進(jìn)入大氣。這一技術(shù)被視為減碳的托底技術(shù)，大家形象地稱之為“碳捕快”。

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　　那么，“碳捕快”如何捕捉二氧化碳？捕捉之后的二氧化碳又去了哪里、如何被再次利用？近日，記者走進(jìn)依托中國(guó)華能集團(tuán)建設(shè)的高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，一線探訪這個(gè)“捕碳高手”的真面目。 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　一瓶小小的溶液是“捕捉”二氧化碳的關(guān)鍵

　　不斷地“試”只為追求更高效、更低能耗、更低成本、更高穩(wěn)定性 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　從北京城區(qū)出發(fā)，沿京承高速一路向北，行至昌平，北六環(huán)以南，即是未來(lái)科學(xué)城。未來(lái)科學(xué)城東區(qū)，被稱為“能源谷”，中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院便坐落于此。

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　　走在華能清能院園區(qū)內(nèi)，只覺(jué)環(huán)境清幽、流水潺潺，幾個(gè)風(fēng)機(jī)模型隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。記者跟隨華能清能院CCUS團(tuán)隊(duì)成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術(shù)部副總工荊鐵亞博士，來(lái)到位于實(shí)驗(yàn)樓二層的溫室氣體減排實(shí)驗(yàn)室，這里是高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，二氧化碳捕集利用與封存有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展的重要平臺(tái)。

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　　調(diào)整壓力值、設(shè)定溫度參數(shù)……走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，記者看到CCUS團(tuán)隊(duì)成員李野正在一個(gè)一人多高、兩米多長(zhǎng)的裝置前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

　　“這就是二氧化碳捕集實(shí)驗(yàn)裝置。”李野告訴記者。該實(shí)驗(yàn)裝置是這樣工作的：模擬火電廠、化工廠、水泥廠或者鋼鐵廠等“排放大戶”排出的、經(jīng)過(guò)預(yù)處理的煙氣，經(jīng)過(guò)兩個(gè)又細(xì)又高的塔狀設(shè)備處理，便可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集和再生，二氧化碳的捕集率可超過(guò)90%。“煙氣經(jīng)過(guò)第一個(gè)塔時(shí)，二氧化碳會(huì)被吸收劑吸收；經(jīng)過(guò)第二個(gè)塔時(shí)，在高溫狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)吸收劑與二氧化碳的分離再生。”

　　別看這個(gè)裝置不大，卻產(chǎn)出了不少重量級(jí)科技成果。借助它，既可以驗(yàn)證二氧化碳吸收劑的捕集性能，也可以驗(yàn)證二氧化碳捕集工藝的效率、能耗以及設(shè)備的可靠性等。 內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

　　郜時(shí)旺，高效靈活煤電及碳捕集利用封存全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、華能清能院副總工程師，也是全國(guó)勞動(dòng)模范、全國(guó)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、黨的二十大代表，國(guó)內(nèi)CCUS領(lǐng)域領(lǐng)軍人物。

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　　據(jù)他介紹，CCUS可分為捕集、輸送、利用與封存幾個(gè)環(huán)節(jié)。其中，碳捕集是全鏈條的核心環(huán)節(jié)，也是成本最高的一個(gè)環(huán)節(jié)。

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　　“成本主要就高在吸收劑上。”郜時(shí)旺拿起一瓶小小的溶液告訴記者，二氧化碳捕集可分為化學(xué)吸收法、物理吸附法、膜分離法等，其中化學(xué)吸收法被認(rèn)為是最適用于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的。對(duì)于化學(xué)吸收法而言，這一瓶小小的溶液正是有效“捕捉”二氧化碳的關(guān)鍵。 本+文+內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

　　記者看到，在實(shí)驗(yàn)柜中擺放著多瓶不同顏色的溶液，有的是透明色，有的是棕黃色，有的上下融為一體，有的則如同油水般分為上下兩層。這些可都是實(shí)驗(yàn)室的“寶貝”。

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　　據(jù)介紹，上下融為一體的是復(fù)配型吸收劑，這主要是從碳捕集材料的組分來(lái)講，指的是多種碳捕集有效化學(xué)組分的組合。如同油水般可分為上下兩層的則是相變型吸收劑，這主要是從碳捕集材料吸收二氧化碳后的變化來(lái)講，碳捕集材料吸收二氧化碳后自動(dòng)分為富相（含二氧化碳較多）和貧相（含二氧化碳較少）兩層，后續(xù)再生時(shí)只需要對(duì)富含二氧化碳的富相部分進(jìn)行加熱處理，這樣可以大幅降低二氧化碳捕集的總體能耗和成本。

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　　“我們的‘理想型’，要更高效，即捕集容量高、捕集速率快、解吸速率也快，同時(shí)要更低能耗、更低成本，還要具有更高的穩(wěn)定性。”郜時(shí)旺告訴記者，為了這個(gè)目標(biāo)，他和團(tuán)隊(duì)成員始終步履不停，目前已研發(fā)出8種不同的二氧化碳吸收劑，每一種都來(lái)之不易。“溶液的配方十分復(fù)雜，千變?nèi)f化，如何找到那個(gè)最優(yōu)配方，就是要不斷地‘試’，一直試到那個(gè)能平衡所有參數(shù)和時(shí)序的配方出現(xiàn)為止。” 本+文+內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)-碳-排-放（交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

　　華能清能院CCUS團(tuán)隊(duì)成員、溫室氣體減排與清潔燃料技術(shù)部一級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理王煥君博士對(duì)此感觸頗深：“僅新一代相變型吸收劑的研發(fā)，我們前后就經(jīng)歷了近10年時(shí)間，其間進(jìn)行的試驗(yàn)不計(jì)其數(shù)。”

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　　就是這樣，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的二氧化碳吸收劑不斷迭代升級(jí)，捕集性能在國(guó)際范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

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　　“我們首創(chuàng)的高效低能耗復(fù)配型二氧化碳吸收劑、新一代相變型二氧化碳吸收劑，不僅吸收劑損耗實(shí)現(xiàn)了大幅下降，而且使碳捕集成本也下降了25%至50%。”郜時(shí)旺說(shuō)。

　　目前，新一代相變型二氧化碳吸收劑已在華能長(zhǎng)春熱電廠、華能上海石洞口電廠的二氧化碳捕集示范裝置投用。 本+文內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

　　可樂(lè)啤酒、農(nóng)場(chǎng)氣肥、油氣開(kāi)采……

　　被捕獲的二氧化碳這樣“變廢為寶”

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　　被捕集的二氧化碳去了哪兒、怎么用？食品飲料、農(nóng)場(chǎng)氣肥、油氣開(kāi)采……可謂是用處多多。 本@文$內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

　　據(jù)介紹，經(jīng)分離、純化后，那些二氧化碳或是“變身”為食品制作原料，或是經(jīng)加工后成為化工燃料，或是用于金屬加工焊接保護(hù)、激光等工業(yè)應(yīng)用，抑或是直接注入到油氣層助力提高石油采收率、注入到咸水層等空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)封存。 本文`內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

　　“二氧化碳捕集的成本很高，如果只有投入，沒(méi)有產(chǎn)出，很難進(jìn)行商業(yè)化推廣。所以我們希望捕集的二氧化碳能通過(guò)有效利用帶來(lái)一定的收益，盡可能補(bǔ)償碳捕集的成本，以此推動(dòng)規(guī)?；疾都夹g(shù)的示范應(yīng)用和技術(shù)進(jìn)步。”郜時(shí)旺告訴記者。 內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　“像咱們?nèi)粘：鹊目蓸?lè)、啤酒等都可以用捕集來(lái)的二氧化碳進(jìn)行制作。”華能清能院CCUS團(tuán)隊(duì)成員、二氧化碳利用學(xué)科帶頭人王琪博士介紹，碳利用是指二氧化碳實(shí)現(xiàn)資源化利用的過(guò)程，主要包括食品利用、化工利用、地質(zhì)利用等。

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　　記者了解到，在食品利用方面，郜時(shí)旺與團(tuán)隊(duì)成員2008年在華能北京熱電廠建設(shè)我國(guó)第一套燃煤電廠二氧化碳捕集裝置，并生產(chǎn)出了食品級(jí)的二氧化碳，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　“食品級(jí)二氧化碳的要求是純度很高。”王琪告訴記者，根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，食品級(jí)二氧化碳的純度需大于99.9%。通過(guò)捕集可以將二氧化碳濃度提高到99.5%，如果想要得到食品級(jí)二氧化碳，還需要經(jīng)過(guò)精制處理。 內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

　　然而，現(xiàn)實(shí)生活中，對(duì)食品級(jí)二氧化碳的需求量并不高。 本%文$內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

　　據(jù)介紹，2009年，在華能上海石洞口電廠建成投產(chǎn)的12萬(wàn)噸/年的二氧化碳捕集示范工程，是當(dāng)時(shí)世界最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范項(xiàng)目。雖然捕集利用量只占電廠一臺(tái)發(fā)電機(jī)組二氧化碳排放量的5%左右，但已基本上能夠滿足上海市食品行業(yè)對(duì)二氧化碳的需求。 本`文@內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

　　目前，對(duì)捕集來(lái)的二氧化碳最主要的利用方式是化工利用和地質(zhì)利用?；だ檬菍⒍趸嫁D(zhuǎn)化為燃料和原料，包括甲醇、汽油、塑料等產(chǎn)品的生產(chǎn)，而地質(zhì)利用主要用于驅(qū)油開(kāi)采。

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　　與食品級(jí)二氧化碳高純度要求不同，化工利用對(duì)捕集二氧化碳的純度要求相對(duì)較低。“這要看具體的利用方式和催化劑，有些催化劑容易受一些雜質(zhì)的影響，對(duì)二氧化碳的純度要求就會(huì)高一些，有些催化劑則對(duì)雜質(zhì)的耐受性比較高。”王琪告訴記者，二氧化碳分子十分穩(wěn)定，很難打開(kāi)化學(xué)鍵讓其參與反應(yīng)，如何提高二氧化碳轉(zhuǎn)化率，是化工領(lǐng)域利用的難點(diǎn)。目前，他們?cè)诙趸技託渲萍状既剂稀⒅葡N方向取得了較大進(jìn)展，研制了配套催化劑技術(shù)和關(guān)鍵工藝設(shè)備，二氧化碳單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到先進(jìn)水平。同時(shí)，他們也正在研究如何讓二氧化碳成為先進(jìn)碳材料的原料。 禸*嫆唻@洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　“地質(zhì)利用，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)二氧化碳大規(guī)模經(jīng)濟(jì)利用與地質(zhì)封存的有效方式。”荊鐵亞告訴記者，利用二氧化碳驅(qū)油、驅(qū)氣并封存，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)油氣增產(chǎn)和二氧化碳減排。

　　甘肅省最東部，華能隴東煤電風(fēng)光儲(chǔ)一體化多能互補(bǔ)綜合能源基地建設(shè)正酣。建成之后，這里將成為我國(guó)規(guī)模最大的綜合能源基地。與此同時(shí)，也將成就全球首個(gè)150萬(wàn)噸/年大規(guī)模CCUS工程示范項(xiàng)目。屆時(shí)那里將實(shí)現(xiàn)低能耗二氧化碳捕集、驅(qū)油與封存全流程工業(yè)示范。 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　“不過(guò)，相較于碳排放量，捕集后再利用的二氧化碳只是其中很少的一部分，沒(méi)被利用的部分仍需要被封存起來(lái)。”荊鐵亞說(shuō)，封存二氧化碳一般要求注入距離地面至少1000米的地下巖層，在這樣的深度下才能確保二氧化碳保持在“超臨界流體”，且不易泄漏，“封存地點(diǎn)、容量以及安全性、經(jīng)濟(jì)性等，都是需要考量的因素。”

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　　從“小學(xué)生”到“老師”，再到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定者

　　我國(guó)二氧化碳捕集技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，首次整體出口到發(fā)達(dá)國(guó)家

　　最近，郜時(shí)旺和團(tuán)隊(duì)成員除了忙于新技術(shù)研發(fā)外，還有一個(gè)“重頭戲”——牽頭編制國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 27927《燃燒后二氧化碳捕集吸收溶液的關(guān)鍵性能指標(biāo)及測(cè)試方法》。 本%文$內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

　　這是由我國(guó)牽頭制定的首個(gè)碳捕集領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 本文`內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

　　“標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后不僅將推動(dòng)提升全球碳捕集領(lǐng)域研發(fā)和生產(chǎn)的科學(xué)性和規(guī)范性，對(duì)全球碳捕集領(lǐng)域的科學(xué)研究、工程建設(shè)和運(yùn)行管理具有重要的指導(dǎo)意義，而且還會(huì)大幅提高我國(guó)在全球CCUS行業(yè)、在應(yīng)對(duì)氣候變化方面的話語(yǔ)權(quán)。”提及此，郜時(shí)旺頗顯激動(dòng)。 本`文內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

　　十多年的時(shí)間，我國(guó)在二氧化碳捕集技術(shù)領(lǐng)域，走過(guò)了從“小學(xué)生”到“老師”、再到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定者的蝶變之路。 本`文內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

　　郜時(shí)旺最明白其中艱辛。“核心技術(shù)還是要靠自己。”他感慨道。

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　　思緒回到16年前。2007年，郜時(shí)旺接到集團(tuán)公司的任務(wù)，要求在2008年北京奧運(yùn)會(huì)前建設(shè)并投運(yùn)碳捕集裝置。 禸*嫆唻@洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　“當(dāng)時(shí)給我們定的二氧化碳捕集目標(biāo)是每年3000噸，相當(dāng)于16萬(wàn)棵樹(shù)每年吸收的二氧化碳總量。這是該技術(shù)的首次探索，國(guó)內(nèi)外都比較關(guān)注。”郜時(shí)旺回憶，彼時(shí)，他的研究方向是電廠除塵和流場(chǎng)模擬，碳捕集對(duì)他而言還僅僅是論文里的概念。

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　　“外國(guó)人能搞出來(lái)，我們也能。”郜時(shí)旺堅(jiān)定信念，但就在項(xiàng)目要開(kāi)工時(shí)，國(guó)外合作方的圖紙和技術(shù)資料因故突然無(wú)法到來(lái)，給項(xiàng)目帶來(lái)了極大困難。 禸*嫆唻@洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　這也讓他明白了一個(gè)道理，核心技術(shù)要靠自己。他翻遍所有能查到的資料，所獲取的有效信息仍然是寥寥無(wú)幾。“當(dāng)時(shí)這項(xiàng)技術(shù)，是學(xué)校里無(wú)此專業(yè)、市場(chǎng)上無(wú)此技術(shù)、業(yè)界更是無(wú)此先例。” 本`文@內(nèi)-容-來(lái)-自；中^國(guó)_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

　　另辟蹊徑，他和同事們決定將化工行業(yè)的碳捕集技術(shù)移植到電力行業(yè)。然而，由于技術(shù)難度非常大，國(guó)內(nèi)幾家知名的化工設(shè)計(jì)院都婉拒了他們的合作邀請(qǐng)。

　　在處處碰壁之后，他們只能自主研發(fā)，在攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題后，最終提出關(guān)鍵創(chuàng)新工藝，建成并成功投運(yùn)中國(guó)第一套燃煤電廠二氧化碳捕集項(xiàng)目——華能北京熱電廠碳捕集項(xiàng)目，成為2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間我國(guó)對(duì)外展示的窗口。

　　2009年在上海石洞口電廠建成當(dāng)時(shí)世界上最大的燃煤電廠二氧化碳捕集示范裝置，已運(yùn)行超過(guò)10年，保持世界運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的紀(jì)錄。 禸*嫆唻@洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　2021年，他們參與建設(shè)澳大利亞最先進(jìn)的陸上CCUS項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)二氧化碳捕集技術(shù)向發(fā)達(dá)國(guó)家的轉(zhuǎn)讓。這也標(biāo)志著我國(guó)二氧化碳捕集技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，首次整體出口到發(fā)達(dá)國(guó)家。

　　世界上最大的燃煤電廠150萬(wàn)噸/年的二氧化碳捕集與封存全流程示范項(xiàng)目正在建設(shè)中。 本`文-內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

　　由CCUS技術(shù)衍生出的國(guó)際首創(chuàng)的顛覆性技術(shù)——低溫法污染物一體化脫除技術(shù)，可一體化脫除煙氣中的硫氧化物、氮氧化物、粉塵、重金屬等其他污染物。 本`文@內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

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　　從0到1，成果滿滿。據(jù)介紹，華能清能院CCUS團(tuán)隊(duì)共獲得國(guó)內(nèi)外專利200余項(xiàng)。

　　“對(duì)我來(lái)說(shuō)，最自豪的項(xiàng)目永遠(yuǎn)是下一個(gè)。”郜時(shí)旺說(shuō)。

　　為進(jìn)一步攻克碳捕集成本與運(yùn)行能耗較高的挑戰(zhàn)，他們正從二氧化碳捕集材料、工藝以及設(shè)備等方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新；為提升二氧化碳利用率，他們正在開(kāi)發(fā)“液態(tài)陽(yáng)光”，把二氧化碳、水和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為甲醇等可運(yùn)輸液體燃料……

　　這里，創(chuàng)新仍在繼續(xù)。

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