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讓大棚里的蔬果花卉喝上特制的二氧化碳碳酸飲料


不久的將來(lái)，大棚里的蔬果和花卉有望喝上上�？茖W(xué)家創(chuàng)新“特調(diào)”的“碳酸飲料”。溫室大棚施二氧化碳肥能提高農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量，但傳統(tǒng)的二氧化碳施肥法或步驟復(fù)雜，或成本高昂，難以推廣。上海工程技術(shù)大學(xué)張延風(fēng)教授和饒品華教授團(tuán)隊(duì)與上海孫橋現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園合作，創(chuàng)造性地提出直接捕獲空氣中的二氧化碳滿足溫室農(nóng)業(yè)農(nóng)作物生長(zhǎng)需要的設(shè)想，并將于近期付諸實(shí)踐。
　　
捕獲二氧化碳代價(jià)高
　　
設(shè)施農(nóng)業(yè)采用人工技術(shù)手段，通過(guò)設(shè)施及環(huán)境調(diào)節(jié)，為作物營(yíng)造較為適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，從而達(dá)到作物的高產(chǎn)和優(yōu)產(chǎn)。溫室大棚就是設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個(gè)典型代表。國(guó)外相關(guān)研究起步較早，已實(shí)現(xiàn)溫室建設(shè)大型化、室內(nèi)技術(shù)集成化等特點(diǎn)。我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)從上世紀(jì)90年代起步，讓不少種植戶嘗到了甜頭。
　　
“設(shè)施農(nóng)業(yè)提高了資源利用率和生產(chǎn)效率，還降低了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度。然而，與大田農(nóng)業(yè)不同，相對(duì)密閉的設(shè)施農(nóng)業(yè)需要補(bǔ)充二氧化碳肥。”張延風(fēng)介紹。研究顯示，當(dāng)二氧化碳濃度提高到1000ppm（ppm：百萬(wàn)分之一。大氣中的二氧化碳濃度僅為400ppm），茄果類蔬菜可增產(chǎn)20-60%。此外，還有降低霜霉病等發(fā)病率、提高產(chǎn)品質(zhì)量的“保健”作用。
　　
可二氧化碳的來(lái)源是個(gè)大問(wèn)題。歐美國(guó)家多采用純凈的二氧化碳鋼瓶氣，成本高，在我國(guó)難以推廣應(yīng)用。其他方法也有諸多問(wèn)題，如利用秸稈燃燒的燃燒法，過(guò)程控制麻煩，有火災(zāi)隱患，同時(shí)產(chǎn)生有毒的一氧化碳等氣體；利用碳酸鹽與無(wú)機(jī)酸反應(yīng)的化學(xué)法，不但成本高，而且不易控制。孫橋現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園首席研究員劉士輝博士形象比喻：“翻過(guò)一座大山可以爬山頭，也可以繞山腳，捷徑當(dāng)然是走隧道�！倍苯硬东@空氣中的二氧化碳就是那條捷徑。
　　
問(wèn)空氣“討”二氧化碳
　　
“對(duì)溫室的農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，光照、溫度、水肥、基質(zhì)都能人工控制；采用立體吊掛種植，生長(zhǎng)空間也不再受限制。如此一來(lái)，二氧化碳成為溫室農(nóng)作物生長(zhǎng)的瓶頸。”劉士輝說(shuō)。

張延風(fēng)有多年吸附、分離材料開(kāi)發(fā)和二氧化碳捕獲項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，曾擔(dān)任國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。去年來(lái)到上海工程技術(shù)大學(xué)后，在工程大土壤生態(tài)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心的支持下，就一頭扎進(jìn)了分布式二氧化碳捕獲裝置的研發(fā)。

“直接捕獲空氣中的二氧化碳，既可助力二氧化碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，又滿足了溫室大棚對(duì)于二氧化碳肥的需求。以溫室大棚作物的經(jīng)濟(jì)性來(lái)帶動(dòng)二氧化碳捕獲，也使其減排有了內(nèi)生動(dòng)力�！睆堁语L(fēng)說(shuō)，“針對(duì)溫室大棚的二氧化碳捕獲，不需要提純到特別高的濃度，只需1000~2000ppm即可，其能量消耗僅為傳統(tǒng)捕獲方法的四分之一。我們擬使用太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源驅(qū)動(dòng)裝置，避免因捕獲而產(chǎn)生額外的二氧化碳排放�！�
工程大團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了蜂窩狀的結(jié)構(gòu)化床層并采用了高效吸附劑，既保證了氣體充分吸附，又使傳質(zhì)阻力和脫附能耗最小化�！胺植际讲东@裝置擺脫了對(duì)固定二氧化碳排放源的依賴，裝置規(guī)�？纱罂尚�，屬于即插即用型。捕獲過(guò)程中消耗的能量基本以熱能的形式排放到溫室中，有利于寒冷天氣溫室保溫。”張延風(fēng)補(bǔ)充道。這臺(tái)分布式捕獲裝置也在今年的工博會(huì)上亮相，一臺(tái)冰箱大小的設(shè)備能為一畝大棚蔬菜提供二氧化碳肥。
　　
讓蔬果喝“碳酸飲料”
　　
不久，該捕獲裝置即將在孫橋農(nóng)業(yè)園投入試用。在這兩年，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)跟蹤設(shè)備效能，篩選現(xiàn)有吸附劑，開(kāi)發(fā)新型吸附劑并考評(píng)其性能。同時(shí)根據(jù)農(nóng)作物對(duì)二氧化碳的需求，優(yōu)化吸脫附操作方式與過(guò)程，降低捕獲能耗�！拔覀冾A(yù)計(jì)在未來(lái)兩年內(nèi)推出用于公頃級(jí)溫室的二氧化碳捕獲裝置。在此之前，我們會(huì)以溫室番茄種植為對(duì)象，考察各種因素對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。”張延風(fēng)說(shuō)。
　　
“后續(xù)，我們不僅要優(yōu)化二氧化碳捕獲，還要將該捕獲裝置與灌溉有機(jī)結(jié)合，將二氧化碳與灌溉水結(jié)合成碳酸，通過(guò)現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)，給植物喝上‘碳酸飲料’。” 劉士輝說(shuō)。在他看來(lái)，未來(lái)農(nóng)業(yè)將形成大田、溫室和植物工廠并存的局面，二氧化碳分布式捕獲裝置將成為溫室和植物工廠的“標(biāo)配”。
　　
未來(lái)，雙方還將在二氧化碳肥釋放方面進(jìn)一步合作，探尋適合不同植物在不同生長(zhǎng)階段下的最適宜值，讓植物享受到“定制化”服務(wù)，為消費(fèi)者提供高質(zhì)量的農(nóng)產(chǎn)品。工程大化工學(xué)院院長(zhǎng)饒品華教授說(shuō)：“這個(gè)項(xiàng)目是設(shè)施農(nóng)業(yè)與二氧化碳減排的完美結(jié)合，是傳統(tǒng)化工與材料科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，既解決了設(shè)施農(nóng)業(yè)二氧化碳肥的問(wèn)題，又為國(guó)家的二氧化碳減排提供了新思路。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的二氧化碳分布式捕獲裝置有望在不久的將來(lái)大規(guī)模推廣應(yīng)用，通過(guò)作物增產(chǎn)和二氧化碳減排獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益”。


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