深海技术研究实验室

崔维成：

造出像鱼一样的潜水器

我们的目标，是研制出像蝠鲼鱼一样，能在海洋里机动灵活游动的潜水器。围绕这个目标，我们有两大研究方向。

一是多学科设计优化方法研究。潜水器的设计涉及到材料、结构、水动力、机械、控制、通信、能源和传感器等多个专业和多个分系统。如何综合考虑各个分系统之间的耦合，让潜水器系统的综合性能最优，是个非常具有挑战性的难题。

二是大型复杂系统分析和设计的统一理论研究。过去的潜水器设计只考虑宏观变量，进入纳米传感器、软体材料和3D打印制造时代，潜水器设计需要同时考虑宏观和微观变量。同时，信息对于生命体的影响越来越大，目前迫切需要建立一个跨越宏微观壁垒、又能考虑信息影响的广义系统理论，作为多学科设计优化的基础理论。

流体智能与信息化实验室

范迪夏：

借力AI“掌控”无常形的水/气流动

我们的目标是通过新的理论、数值和实验手段，来更好地探索、感知与控制无定势、无常形的水/气流动现象，让未来的飞机能像飞鸟一样自由翱翔，未来的潜器能像鱼一样灵活畅游。

具体来说，我们围绕空海两栖机器人的设计与控制，以及超材料在大尺度水下变形等问题，探索开发基于物理信息与数据驱动的实验流体力学研究方法。在传统的计算和实验技术更新的基础上，我们用数值方法、实验与统计学习之间的各种研究工具、更系统整合的流体实验研究方法等，助力揭示经典力学之一的流体力学的强非线性以及空间和时间上多尺度性，从而加深我们人类对于流体运动现象的基本理解，为更好地预测和控制流体问题打下坚实的研究基础。

解码环境微生物组的奥秘

微生物是地球上最丰富、最古老的生命体，对于地球环境、生物经济与人类健康至关重要。

我们实验室的研究旨在解码环境微生物的奥秘，包括特定环境中全部微生物及其遗传信息（简称“微生物组”），比如DNA，以帮助人类“趋利避害”。这其中的关键技术问题，是“如何高效、精准、全面识别微生物组的结构与功能”。我们将宏基因组学、生物信息、生物统计、大数据挖掘等领域前沿技术交叉融合，建立了先进的定量微生物组分析技术平台，并应用于环境微生物组工程与生物技术研究。

我们希望通过环境微生物组研究， 推动“污水处理与资源化”、“塑料生物降解与再利用”、“抗生素耐药组”等方向的理论突破与技术创新。

实验室网址：

http://www.ju-emblab.com/

数字多孔介质实验室

雷亮：

探索孔隙里的微观世界

脚下的土和岩石、海里的珊瑚和多孔虫、身上穿的衣服、洗碗用的海绵、手机里面的电池，多孔介质在我们的生活中无所不在。

我们平时看到的，通常是这些物质的表面，对小孔隙内部发生的现象了解较少。我们在实验室原位模拟自然及人造环境中的极端条件，尤其是外太空、深地、海底及极地低温等极端环境，采用高精度X射线CT对多孔介质内部发生的过程进行数字可视化，对介质在外力作用下的变形、孔隙中的复杂相变过程、多相流体相互作用等科学问题进行探索。

具体的应用领域包括：冻土、可燃冰、月壤及火星土壤、深海能源及资源开采、二氧化碳地质封存等。

生态环境研究实验室

李凌：

水之于地球，就像血之于我们的身体

我们着重研究复杂环境系统内不同水文、生态过程跨尺度的耦合作用机制及其环境效应，尤其是陆地、海洋交界带地表水与地下水相互作用。这个交界带是地球系统的一个关键区域，其中的滨海湿地在缓和温室气体排放和保护沿海地区免受海平面上升的影响起着重要作用。我们的研究促进了对这一区域复杂环境、生态系统的认识。

在我们实验室，你会发现滨海湿地盐沼除了把大气的二氧化碳吸收后埋在土壤里，也将相当量的碳输出到海洋里存起来。你会诧异，为什么湖泊和城市系统有着完全一样的统计分布规律而且其动态驱动机制可能也类似；河流不是陆地淡水入海的唯一通道，地下也有一条；模拟水分子在低温条件下的运动和相变帮助认识冻土层里水的运移等等。

水与能源弹性可持续发展技术研究实验室

刘剀：

让水能交织技术成为主流

我们实验室所聚焦的领域，是水能交织（Water-Energy Nexus），通过开发气候友好、能源优化的技术，来促进水资源的弹性可持续利用。

为了实现这一目的，我们通过导向制备纳米材料，实现难降解污染物如全氟污染物的完全分解；我们使用复合材料，实现污水中有机及无机资源的完全回收。而这一切，都在超高效的太阳能利用率（>98%）下实现！

此外，我们通过开发具有高效选择性的电催化剂，将污水处理过程中产生的温室效应气体转变为氨基酸等高价值产品。

开展前沿研究的同时，我们也积极将人工智能领域应用于水处理领域，课题组开发的多种水质预测算法已在数家国际水务公司、政府机构获得应用。我们通过在全国范围内进行新兴污染物分布特征的研究，也为政策法规的制定提供了数据支撑。

多尺度多物理场数值仿真实验室

Sergio Torres：

构建虚拟世界解决现实问题

如今我们所拥有的计算资源，足以在计算机内构建并运行一个虚拟世界，那些曾经无法解决的难题，现在可以通过数值模拟的手段进行深入研究。环境工程领域内的挑战性难题就是如此，它们往往需要同时处理多个物理场（流体，污染物，化学物质以及固体），在不同空间（从纳米到千米）和时间尺度（从飞秒到数十年）上的相互作用。

我们实验室在多个数值计算领域内有丰富的研究经验，包括流体力学、固体力学、溶质及悬浮颗粒传输以及化学等。我们的研究重点，是开发前沿的数值模拟工具来解决这些复杂的问题，进而获得科学层面上的认识以及工程应用层面上的可预测能力，为政府、社会或工业界提供解决方案。

生物质能源与材料实验室

王蕾：

利用生物质提供可持续发展方案

全球人口、粮食与能源需求正在不断增长，然而自然资源却十分有限。有效利用废弃物、建立循环经济体系，是实现我国碳中和目标和全球可持续性发展的重要途径。木质纤维素类生物质作为地球上含量最丰富，最廉价的一种可再生资源，其能源化可在能源供给侧提供可再生低碳能源，而材料化可通过资源循环利用模式减少需求侧负担。 

我们的实验室围绕着木质纤维素生物质资源化的目标，开展化学、化工、环境系统工程多学科交叉研究，从开发环保高效的预处理技术入手，并寻求生物质在材料领域利用的新机遇，为生物质全利用提供创新的技术与工艺；同时建立“单元-过程-产业链”多尺度可持续性分析模型, 开发耦合碳足迹、水质和生态毒性多指标评价体系，促进生物质利用的可持续发展。

实验室网址：

https://bem.lab.westlake.edu.cn/

可持续农业系统与工程实验室

Thomas Wanger：

发现未来的全球农业生态系统

农业，为不断增加的人口生产足够的食物、纤维和能源。然而，当前的农业生产系统是简化的生态系统，严重依赖化学投入来维持作物产量，在造成气候变化的全球温室气体排放总量中占四分之一。

我们的实验室致力于通过农业多样化，来实现全球粮食系统的转型，以减少对环境的影响，提高应对气候变化的能力，同时保持作物产量。我们已经建立了全球研究网络，衡量可可、咖啡、橡胶和水稻系统中的多样化的好处；开发了基于人工智能的生态系统监测技术，以了解生物多样性如何有助于在数据驱动的农业系统中实现可持续生产；我们还专注于高科技的室内农业，以此作为减少温室气体排放和在消费者附近生产健康食品的机会……

实验室网址：

https://www.tomcwanger.com

提取冶金实验室

杨肖：

从复杂体系中提取纯粹

化学元素是构成物质世界的基本单元，地球上的元素是来自于宇宙的馈赠，元素的利用决定了人类文明的存续和发展。我们关注自然界矿物与人类废物中化学元素的分离与提取，探索从无价中提取有价、从复杂中获得纯粹的最优方法。

我们最近发明了一种从下水道污泥中提取高纯度单质磷元素的方法，试图比肩我们的前辈——1669年从尿液中首次提取发现磷元素的德国炼金术士Brand，为人类开启新的时代。

我们是当代的炼金术士，承继先人的智慧与品味，洞悉物质变换的内在规律。

实验室网址：

https://www.extractmetal.com

环境有机污染物与降解技术实验室

张岩岩：

怎么对付看不见的污染物

全球市场上有超过350000种化学品，由于产品更新、演替，越来越多的新化学品投入使用，致使环境中存在大量传统和新近检出的有毒有机污染物。这些微量的有机污染物，因其毒性、持久性和生物累积性，通过污染空气、水体和土壤对人体健康和生态系统造成威胁。

探明这些有毒有机污染物的环境行为与修复机理，对面向全球污染控制紧迫需求、保障人类社会可持续发展，具有重大意义。我们的实验室旨在结合实验和理论计算的方法，研究新污染物的赋存特征和环境过程，并开发和优化降解技术，解析降解机理和反应路径，为环境风险评估、污染控制与修复和可持续发展提供科技支撑。

大气环境研究实验室

张羽中：

在全世界追踪甲烷

甲烷是重要的温室气体，近年来它的大气中的浓度迅速上升，是人类社会应对气候变化的又一挑战。

盘点大气中甲烷的来源、监测排放强度的时空变化，能为减排行动和政策制定提供依据，我们为此建立了一套数值模型和数学方法，分析来自卫星、飞机以及遍布全球城市、高山、海洋的观测站点的大气测量数据。

我们试图透过纷繁复杂的观测数据，追溯甲烷气体在油气田、煤矿、湿地、稻田、牧场以及城市出没的源头，准确定量甲烷排放强度，监测排放活动随时间的变化，为城市、国家和全球绘制动态演化的甲烷排放地图。这张地图将为甲烷减排行动的计划、执行和评估提供科学支持，助力“碳中和”。