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松江区工程大成功研制分布式二氧化碳捕获装置

2018/12/7 13:32:29 来源:松江报 作者:梁锋 陈燕 选稿:孟繁嘉

  从空气中直接捕获二氧化碳给大棚里的蔬果和花卉施肥将变成现实。上海工程技术大学日前研发成功这样一款分布式二氧化碳捕获装置。

  记者近日来到上海工程技术大学,在该校实训4号楼见到一台只有冰箱大小的机器。“这台机器的名称为分布式二氧化碳捕获装置,直接捕获空气中的二氧化碳,像这样体量的一台机器可以为一亩左右大棚蔬菜提供二氧化碳肥,目前成本在2万元左右,按照每亩增产30%计算,三年就可以收回成本。”2017年,张延风教授来到上海工程技术大学后,在工程大土壤生态技术协同创新中心的支持下,与饶品华教授合作,一头扎进了分布式二氧化碳捕获装置的研发。张延风有多年二氧化碳捕获研发经验,曾担任国家高技术研究发展计划(863计划)项目负责人。经过近一年的努力,这款分布式二氧化碳捕获装置终于成功下线。

  张延风说:“这个项目是二氧化碳捕获和设施农业的有机结合,具有极强的前瞻性和应用推广前景。”

  他介绍,我国在碳排放和农业生产上均面临很大的压力。一方面随着我国经济快速发展,碳排放居全球第一,减排压力极大;另一方面,我国农业发展较为落后,人均耕地和水资源均远低于国际平均水平。温室气体排放所导致的全球气候变化必将给我国农业生产带来很多不确定性。如何在气候变化的前提下保障农业生产安全是一个非常现实的问题,也是一个巨大的挑战。

  饶品华教授说:“根据我国的农业情况,设施农业是解决我国人多地少、制约可持续发展问题的最佳农业生产技术,是解决吃饭问题的必然选择。与传统的大田农业不同,设施农业是在环境相对可控的条件下,采用工程技术手段,进行动植物高效生产的一种现代农业生产方式。设施农业能有效提高作物的产量和质量,提高土地和资源的利用率,是符合我国国情的现代化农业生产技术。温室大棚和蔬菜工厂是设施农业的典型代表。然而,设施农业相对密闭的环境需要补充大量二氧化碳肥,二氧化碳是植物光合作用的原料,是合成有机物所必须的,如碳水化合物,蛋白质等。”

  大气中的平均二氧化碳浓度约为400ppm(ppm:百万分之一)。研究表明,当二氧化碳浓度提高到1000ppm,茄果类蔬菜可增产20%~60%,此外,还有降低霜霉病等发病率、提高产品质量的“保健”作用。“直接捕获空气中的二氧化碳用于温室大棚,既满足了温室大棚作物对于二氧化碳肥的需求,又可助力国家二氧化碳减排目标的实现。温室大棚作物的增产提质有较高的经济性,这使得二氧化碳减排有了内生动力。”张延风教授说,“针对温室大棚的二氧化碳捕获,不需要提纯到高浓度,只需简单富集到1000~2000ppm即可。我们拟使用太阳能、风能等清洁能源驱动捕获装置,避免因捕获而产生额外的二氧化碳排放。”

  张延风教授说,分布式二氧化碳捕获装置采用蜂窝状的结构化床层和高效吸附剂,既保证了气体充分吸附,又使传质阻力和脱附能耗最小化,捕获过程中消耗的能量基本以热能的形式排放到温室中,有利于寒冷天气温室保温。分布式的捕获装置有较好的灵活性,即插即用,基本不受场地条件限制。

  据了解,该捕获装置即将在浦东孙桥现代农业园投入试用。张延风和饶品华教授将继续跟踪设备效能,筛选现有吸附剂,开发新型吸附剂并考评其性能。同时根据农作物对二氧化碳的需求,优化吸脱附操作方式与过程,降低捕获能耗。“我们预计在未来两年内将推出用于公顷级温室的二氧化碳捕获装置,同时还要将该捕获装置与灌溉有机结合,将二氧化碳与灌溉水结合成碳酸,通过现有灌溉系统,给植物喝上‘碳酸饮料’。”饶品华说,未来农业将形成大田、温室和植物工厂并存的局面,二氧化碳分布式捕获装置将成为温室和植物工厂的“标配”。

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