會發電、可處理廢水
，還能精準釋放農藥 智慧大棚化身降碳多麵手

來源：科技日報

循環低碳智慧大棚示意圖。 受訪單位供圖

　　我國西南山區，農村土壤貧瘠、水資源缺乏。各地雖已建立起覆蓋麵較廣的農電網絡，但部分偏遠村組和農戶“電網末梢”吃緊的狀況仍未完全得到緩解。

　　科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)如(ru)何(he)助(zhu)力(li)鄉(xiang)村(cun)振(zhen)興(xing)
？雲(yun)南(nan)大(da)學(xue)材(cai)料(liao)與(yu)能(neng)源(yuan)學(xue)院(yuan)教(jiao)授(shou)萬(wan)豔(yan)芬(fen)帶(dai)領(ling)的(de)雲(yun)南(nan)大(da)學(xue)綠(lv)源(yuan)功(gong)能(neng)材(cai)料(liao)團(tuan)隊(dui)為(wei)此(ci)展(zhan)開(kai)了(le)持(chi)久(jiu)探(tan)索(suo)。近(jin)期(qi)，他(ta)們(men)以(yi)作(zuo)物(wu)秸(jie)稈(gan)為(wei)原(yuan)料(liao)，將(jiang)原(yuan)料(liao)進(jin)行(xing)碳(tan)化(hua)後(hou)製(zhi)備(bei)出(chu)了(le)光(guang)熱(re)材(cai)料(liao)，並(bing)將(jiang)材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)三(san)重(zhong)仿(fang)生(sheng)設(she)計(ji)，研(yan)製(zhi)出(chu)了(le)水(shui)電(dian)聯(lian)發(fa)的(de)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)裝(zhuang)置(zhi)，建(jian)立(li)起(qi)了(le)循(xun)環(huan)低(di)碳(tan)智(zhi)慧(hui)大(da)棚(peng)。

　　利用秸稈參與水伏發電

　　2021年
，雲南省秸稈資源量約1972.08萬噸，可收集量1763.91萬噸。秸稈主要來自玉米、水稻、甘蔗
、油菜、小麥
、薯類等作物，其中玉米、水稻、甘蔗秸稈的利用空間巨大。

　　“基於學科所長，聚焦農業廢料再利用，是科研團隊致力綠色發展、促進鄉村振興的著力點。”萬豔芬說。

　　近年來
，隨著納米材料研究的深入，人們發現部分碳材料在與液體作用時，會表現出一係列新的生電效應，如波動生電、液滴生電、蒸發生電、濕度生電等

，這些現象統稱為水伏效應
，這為新型能源開發開辟了新路。

　　“我們的創新點在於‘水電聯發’。”綠源功能材料團隊負責人
、雲yun南nan大da學xue碩shuo士shi研yan究jiu生sheng趙zhao嶸rong介jie紹shao
，他ta們men研yan發fa的de裝zhuang置zhi，主zhu要yao以yi秸jie稈gan碳tan化hua後hou的de生sheng物wu質zhi炭tan作zuo為wei塗tu層ceng材cai料liao，其qi易yi於yu與yu水shui進jin行xing表biao麵mian耦ou合he，可ke使shi水shui分fen在zai材cai料liao的de納na米mi微wei通tong道dao中zhong定ding向xiang滲shen透tou，並bing在zai靜jing電dian作zuo用yong下xia讓rang水shui中zhong的de正zheng負fu電dian荷he分fen離li，使shi上shang下xia遊you產chan生sheng電dian勢shi差cha，從cong而er產chan生sheng電dian壓ya。

　　與此同時，在太陽光的照射下，這種水電聯發裝置能夠將農業廢水轉換為清潔的農業用水，重金屬離子去除率達92%，有效解決了農業廢水處理難、部分地區水資源緊缺的問題。

　　首創智慧大棚植物診療平台

　　雲南大學綠源功能材料團隊成員由來自材料化工、新能源
、信息技術、生物科學、財務管理、視覺設計等領域的數十名研究生組成。

　　“團隊根據水伏淨水發電
、減汙節能這一構想，通過配套太陽能水電聯發裝置，建成循環低碳智慧大棚
，對作物進行精準嗬護。”萬豔芬說，這樣可提高作物產量，增加經濟效益。

　　團隊在調研中發現
，在雲南種植花卉、蔬菜的智慧大棚

，多停留在僅能監測棚內環境溫度、濕度的階段，且存在搭建成本高、碳排放量較高但智能化程度較低等問題。“針對這些痛點，我們想何不以作物秸稈為原材料，製備一套水電聯發裝置，通過太陽能清潔能源，淨化農業廢水，並給大棚供電
？”團隊成員羅洪耀說，精準培育循環低碳智慧大棚的理念由此誕生。

　　團隊首次原創製備出柔性傳感器件，以及對植物微環境中的氣體、溫度、濕度進行監測的一體化平台
，並通過信息技術對平台數據進行了後端采集
，做到植物病蟲害實時監測。

　　“我們與雲南大學生態與環境學院合作，開辟了番茄種植園區並進行了一係列試驗。”團(tuan)隊(dui)成(cheng)員(yuan)王(wang)學(xue)科(ke)介(jie)紹(shao)說(shuo)
，通(tong)過(guo)在(zai)不(bu)同(tong)狀(zhuang)態(tai)的(de)番(fan)茄(qie)葉(ye)片(pian)上(shang)黏(nian)附(fu)柔(rou)性(xing)傳(chuan)感(gan)貼(tie)片(pian)，他(ta)們(men)發(fa)現(xian)病(bing)變(bian)葉(ye)片(pian)的(de)微(wei)環(huan)境(jing)濕(shi)度(du)以(yi)及(ji)氣(qi)體(ti)釋(shi)放(fang)量(liang)與(yu)正(zheng)常(chang)葉(ye)片(pian)均(jun)明(ming)顯(xian)不(bu)同(tong)。

　　原(yuan)來(lai)，病(bing)蟲(chong)害(hai)發(fa)生(sheng)時(shi)
，被(bei)侵(qin)蝕(shi)葉(ye)片(pian)的(de)氣(qi)孔(kong)呼(hu)吸(xi)作(zuo)用(yong)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)

，氣(qi)孔(kong)開(kai)合(he)狀(zhuang)態(tai)較(jiao)差(cha)
，水(shui)分(fen)以(yi)及(ji)氣(qi)體(ti)釋(shi)放(fang)量(liang)明(ming)顯(xian)下(xia)降(jiang)。基(ji)於(yu)此(ci)，研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)就(jiu)可(ke)以(yi)提(ti)前(qian)診(zhen)斷(duan)出(chu)植(zhi)株(zhu)是(shi)否(fou)正(zheng)在(zai)遭(zao)病(bing)蟲(chong)害(hai)侵(qin)襲(xi)。“這時，我們就可以進行人工幹預，減少蟲害發生。”王學科說，團隊整合了各項技術，成功構建了水電聯發的植物診療一體化大棚監測係統。

　　據悉
，這是國內首家獲得專利授權的植物診療平台。水電聯發裝置不僅能對偏遠、不適宜布設電網的大棚提供監測設備用電


，還能及時控溫控水，精準釋放農藥、化肥，給作物提供精心嗬護，實現大棚的自動化

、智能化，減少農廢汙染


，增加經濟效益，助力低碳農業推進和鄉村振興目標的實現。

　　技術成果促進綠色發展

　　水伏發電和智慧大棚不僅能節省人力物力，提高產量，增加經濟效益，還能在生產各環節減少環境汙染，推動農村發展，助力“綠美鄉村”目標的實現，其技術、成本優勢對農民更有吸引力。

　　“塗層材料的原料是從農戶那裏購買的秸稈

，每公斤約0.6元；其他常用的化學原材料從網絡渠道購買，整體成本較市場上的各類傳感器更加低廉。”羅洪耀介紹
，產品主要針對太陽能資源豐富以及電力緊缺的山區農村，目前裝置正處於推廣階段。

　　團隊已獲得了中國青年創新創業基金會的經費支持
，與雲南省大理市鳳儀鎮莊科村以及雲龍縣團結村簽訂了合作意向書，提供750套水電聯發裝置和資金、技術指導，解決當地農廢難處理以及用電問題。該團隊還與雲南省雲上小鎮創新創業平台合作
，進行項目產業孵化，完成了“秸農科學技術開發（昆明）有限公司”的工商注冊手續。

　　“當然
，創新創業中我們也麵臨不少難點。”團隊負責人趙嶸說
，主要是前期推廣投產存在風險與困難，市場份額尚不確定
，以及技術與產品知識產權保護等問題。

　　“zhexiangzhihuinongyexitongdeshishi，jiangzaixinanxiangcunzhenxingzhanlvezhongbanyanzhongyaojiaose。xianjinjishushouduanhechuangxindenongyemoshijiangyouliyutuidongnongcunhuanjinggaishanhekechixufazhan。”萬豔芬說。後期，團隊將以國家標準為引領，向著發展成為智慧農業領域領軍企業這一目標邁進。（記者 趙漢斌）