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，大棚里的蔬果和花卉有望喝上上�？茖W家創(chuàng)新“特調”的“碳酸飲料”。溫室大棚施二氧化碳肥能提高農作物的質量和產(chǎn)量，但傳統(tǒng)的二氧化碳施肥法或步驟復雜，或成本高昂，難以推廣。上海工程技術大學張延風教授和饒品華教授團隊與上海孫橋現(xiàn)代農業(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業(yè)農作物生長需要的設想，并將于近期付諸實踐。
捕獲二氧化碳代價高
設施農業(yè)采用人工技術手段，通過設施及環(huán)境調節(jié)，為作物營造較為適宜的生長環(huán)境，從而達到作物的高產(chǎn)和優(yōu)產(chǎn)。溫室大棚就是設施農業(yè)的一個典型代表。國外相關研究起步較早，已實現(xiàn)溫室建設大型化、室內技術集成化等特點。我國設施農業(yè)從上世紀90年代起步，讓不少種植戶嘗到了甜頭。
“設施農業(yè)提高了資源利用率和生產(chǎn)效率，還降低了農民的勞動強度。然而，與大田農業(yè)不同，相對密閉的設施農業(yè)需要補充二氧化碳肥�！睆堁语L介紹。研究顯示，當二氧化碳濃度提高到1000ppm（ppm：百萬分之一。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)品質量的“保健”作用。
可二氧化碳的來源是個大問題。歐美國家多采用純凈的二氧化碳鋼瓶氣，成本高，在我國難以推廣應用。其他方法也有諸多問題，如利用秸稈燃燒的燃燒法，過程控制麻煩，有火災隱患，同時產(chǎn)生有毒的一氧化碳等氣體；利用碳酸鹽與無機酸反應的化學法，不但成本高，而且不易控制。孫橋現(xiàn)代農業(yè)園首席研究員劉士輝博士形象比喻：“翻過一座大山可以爬山頭，也可以繞山腳，捷徑當然是走隧道�！倍苯硬东@空氣中的二氧化碳就是那條捷徑。
問空氣“討”二氧化碳
“對溫室的農作物來說，光照、溫度、水肥、基質都能人工控制；采用立體吊掛種植，生長空間也不再受限制。如此一來，二氧化碳成為溫室農作物生長的瓶頸�！眲⑹枯x說。
張延風有多年吸附、分離材料開發(fā)和二氧化碳捕獲項目的經(jīng)驗，曾擔任國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）項目負責人。去年來到上海工程技術大學后，在工程大土壤生態(tài)技術協(xié)同創(chuàng)新中心的支持下，就一頭扎進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的實現(xiàn)，又滿足了溫室大棚對于二氧化碳肥的需求。以溫室大棚作物的經(jīng)濟性來帶動二氧化碳捕獲，也使其減排有了內生動力�！睆堁语L說，“針對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。我們擬使用太陽能、風能等清潔能源驅動裝置，避免因捕獲而產(chǎn)生額外的二氧化碳排放�！�
工程大團隊設計了蜂窩狀的結構化床層并采用了高效吸附劑，既保證了氣體充分吸附，又使傳質阻力和脫附能耗最小化�！胺植际讲东@裝置擺脫了對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。”張延風補充道。這臺分布式捕獲裝置也在今年的工博會上亮相，一臺冰箱大小的設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業(yè)園投入試用。在這兩年，團隊將繼續(xù)跟蹤設備效能，篩選現(xiàn)有吸附劑，開發(fā)新型吸附劑并考評其性能。同時根據(jù)農作物對二氧化碳的需求，優(yōu)化吸脫附操作方式與過程，降低捕獲能耗�！拔覀冾A計在未來兩年內推出用于公頃級溫室的二氧化碳捕獲裝置。在此之前，我們會以溫室番茄種植為對象，考察各種因素對番茄產(chǎn)量和品質的影響�！睆堁语L說。
“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結合，將二氧化碳與灌溉水結合成碳酸，通過現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)，給植物喝上‘碳酸飲料’�！� 劉士輝說。在他看來，未來農業(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“標配”。
未來，雙方還將在二氧化碳肥釋放方面進一步合作，探尋適合不同植物在不同生長階段下的最適宜值，讓植物享受到“定制化”服務，為消費者提供高質量的農產(chǎn)品。工程大化工學院院長饒品華教授說：“這個項目是設施農業(yè)與二氧化碳減排的完美結合，是傳統(tǒng)化工與材料科學技術在農業(yè)領域的創(chuàng)新應用，既解決了設施農業(yè)二氧化碳肥的問題，又為國家的二氧化碳減排提供了新思路。團隊開發(fā)的二氧化碳分布式捕獲裝置有望在不久的將來大規(guī)模推廣應用，通過作物增產(chǎn)和二氧化碳減排獲得可觀的經(jīng)濟效益”。
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