以石墨烯为新能源 推动“温室大棚革命”
浏览人数: 2020-08-24

  农村劳动力的充分就业,是增加农民收入的重要途径。农村劳动力的就业出路:一是向农外转移,新冠肺炎疫情期间严重受阻;二是农业内部挖潜,发展劳动密集型产业。温室大棚大大提高了农村劳动力吸纳能力,也提高土地利用率和农产品产出率,为农民增收创造了机会。贫困地区曾提出“一户一棚奔小康”,但当前温室大棚发展遇到了前所未有的挑战,原有的煤锅炉采暖方式,因环境污染而被禁用。改用天然气或电,因成本高难以推广,迫切需要新能源替代,达到节能环保、增产增收的目标。

  石墨烯是人类已知强度最高、重量最轻、韧性最强、透光率最好、导电导热性最佳的材料,被誉为21世纪最具颠覆性的“新材料之王”。近年来,我国石墨烯的研发应用成效显著,已在能源、生物技术、复合材料、电子和网络技术、航天航空等领域展现出广阔的应用前景,但在农业领域仅有少数科研院校进行自主研发,成果应用较少。

  石墨烯农业科技应用前景广阔

  我国石墨资源丰富,价格低廉,石墨烯研究及利用在我国具有得天独厚的优势,随着石墨烯基础研究的不断突破,产业化应用也在不断拓展,并逐渐延伸到农业领域国内外研究成果初步展示在温室大棚、工厂化畜禽养殖、雏鸡孵化、特种水产反季节养殖方面,具有广阔的应用前景。

  石墨烯电热膜在农业领域的应用。石墨烯采暖作为一种全新采暖方式,不但应用于家居生活,在农业和农村也具有广泛的应用领域,涵盖蔬菜大棚、花卉栽培、农林育苗、土壤保温、雏鸡孵化、特种水产养殖等产业。一是温室大棚上应用。温室大棚是我国设施农业最普及的生产方式,不仅大大提高土地产出率,而且解决了反季节生产。但最大的困扰,是大多温室热源采用热风炉、采暖炉或电热线等,不仅能耗高,污染大,而且稳定性差、成本高。石墨烯电热膜系统电热转化率高,一般节约能源30%~50%,不会造成污染。石墨烯电热膜覆土后,远红外直接增温可显著促进幼苗发育,有效增强光合作用。二是设施养殖上应用。在养殖领域,特别是对畜禽良繁场、水产种苗场,以及特种水产、工厂化畜禽生产企业,用远红外石墨烯电热膜可以实现快速升温、智能调温、节能无噪音,且维护方便,操作简单,运行安全可靠。远红外线对畜禽、水产健康繁育具有促进作用。台湾地区在海虾养殖上已广泛使用远红外线石墨烯电热膜。

  石墨烯纳米材料在农业领域的应用。综合国内外研究,土壤中适当添加石墨烯纳米材料,有利于种子萌发及幼苗生长,有利于提高作物产量及品质。肥料中添加石墨烯纳米材料,能增加土壤的黏粒含量,改善土壤质地。纳米炭具有极大比表面积,能提高土壤对养分元素的吸持力,从而有效控制养分地上挥发、地表径流和深层渗漏的损失。纳米炭同时能改善土壤的电化学性质,促进根系吸收养分,从而提高肥料利用率,减少农业面源污染,最终起到节肥增效作用。石墨烯纳米材料对农业污染物吸附和净化也有卓越的作用,特别是对污染水体中的农药和重金属吸附力强,在替代传统的吸附剂方面展现良好的应用前景。

  加快石墨烯农业科技研发应用的建议

  人多地少是我国的基本国情,决定了我国农业必须走依靠科技、集约发展的路子。历史经验表明,我国农业的每一次飞跃,都离不开科技的重大突破。上世纪60年代以培育推广矮秆、耐肥、抗倒伏等粮食新品种为主要内容的“绿色革命”,大幅度提高了粮食产量。上世纪80年代我国掀起了以温室技术和地膜覆盖为主要内容的“白色革命”,改变了农业生产时空条件,使异地生产、反季节生产成为可能,变冬闲为冬忙,变一季为多季,大大提高了土地产出率,不仅解决了我国北方冬季蔬菜供应严重不足的问题,而且丰富了市民的菜篮子,充实了农民的钱袋子。

  当前,我国现代农业发展面临着重大的机遇和挑战。一是中央高度重视粮食、生猪等重要农产品生产;二是面临着耕地不断减少、环保要求提高、农民增收难度加大的压力,迫切需要颠覆性的科技创新实现农业新的飞跃。石墨烯作为“新材料之王”,在农业领域应用石墨烯电热膜替代传统热源,掀起一场“温室大棚革命”,对设施农业、工厂化养殖、种子种苗等产业的转型升级必将发挥强力推动作用。随着石墨烯研发的不断深化,农业应用领域将更加广泛,有可能担当起新一轮农业科技革命的“主角”。江苏是石墨烯产品研发和制造大省,2014年第一个国家级石墨烯高新技术产业化基地落户常州,2015年成立全国第一个石墨烯研发机构——江南石墨烯研究院,集聚了一批研发团队和制造企业,有条件为农业领域石墨烯研发应用提供技术支撑。江苏是设施农业大省,温室大棚花卉蔬菜、工厂化食用菌、规模化畜禽养殖、特种水产养殖等,迫切需要加快研发与示范推广石墨烯采暖方式。

  南京国家农创园已经商定建立一个专门从事石墨烯农业应用的新型研发机构,跟踪研究国际最前沿技术,集成国内外石墨烯农业研究成果,并进行产业化开发应用,使石墨烯最新研究成果尽快在农业领域落地生根。

  组建一个石墨烯农业科技推广联盟,把从事石墨烯研发的科研院校、制造企业、推广部门以及相关农业经营主体用户联合起来,形成石墨烯农业科技研发、生产、推广、应用各方合力推进的工作机制。同时,建立一个石墨烯农业科技新产品展示中心。

  建议国家和省级应把石墨烯的农业研发应用列入重大农业科技项目予以支持,并组织联合攻关。对新研发的应用成果,建立一批试验、示范基地,同时加大培训宣传推广力度。对已经成熟的技术如石墨烯电热膜用于温室大棚,畜禽水产工厂化养殖等项目列入农业补贴项目,予以加快推广。□

来源:202006
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