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探索“富碳农业”的发展模式

  • 发布时间:2015-03-23 01:29:18  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ■科技专论

  “富碳农业”是一种全新的农业理念和模式,即“将工业生产的、巨量的、大自然已不能自然消纳的二氧化碳用于工农业生产”。探索和实践“富碳农业”的发展方式,对于系统解决我国经济、社会与环境发展面临的若干综合性问题具有重要意义。

  什么是“富碳农业”

  “富碳农业”是指:在人工密闭环境中,利用光、气、温、水、肥、种等最佳条件组合,创造高效率的光合作用环境,将二氧化碳作为气肥大量地使用,生产出丰富的粮食作物供给人类生活。秸秆等其他干物质,可以加工成为化工、建筑、燃料等原料回馈工业生产。此外,“富碳农业”生产出的粮食、蔬菜、水果只利用人工光源和营养液水进行栽培,完全不用土壤甚至基质,可以有效抑制害虫和病原微生物的侵入,在不使用农药的前提下实现无污染生产,形成一个新兴产业,创造巨大的经济效益、社会效益和环境效益。

  1.“富碳农业”的产业组织模式

  将工业排放由原来的被动减排、限制转变为主动疏导、利用,建设高效率、高科技的劳动密集型农业工厂;激励当前工业排放气体的处理、再利用,变成新的能源与资源后,将企业减排的压力化为经济动力;构建完整的碳循环产业链,减轻大气污染和水资源短缺等资源环境压力,实现低碳工业与“富碳农业”的互补成长。

  2.“富碳农业”产业链循环基本经济模型

  对于工业企业而言,捕获二氧化碳的成本将被向下游销售二氧化碳的收入抵消,随着下游二氧化碳市场需求量的上升,逐渐积累“碳循环利润”。这与德国处理垃圾的经济思维是一致的。对于下游的“富碳农业”工厂而言,“富碳农业”产业不仅可以使农业大幅增产,提高食品总供给,而且可以消耗二氧化碳,进而改善我们的生态环境。

   3.“富碳农业”的推广路径

  推广“富碳农业”工厂的劳动技术需要成建制的技术推广组织。可以借鉴发达国家的经验,由非盈利组织深入到乡村,脚踏实地地给村民提供教育和培训,一方面可以直接提升农村劳动者的知识和技能,另一方面则帮助科研机构获得一线的数据、案例和经费,进一步推进科技创新。

  “富碳农业”的实践和探索

  日本曾经建设过一种“植物工厂”,在密闭空间内给植物提供所谓最佳的条件生长。虽然其结构与“半埋式农业车间”有相似之处,但其“最佳的生长条件”需要额外的能源和物质供给,因此极其昂贵,缺乏经济可行性。而“富碳农业”理念的创新之处在于,这些生长条件全部取自当前的工业排放以及可再生能源(太阳能风能等),农业工厂可以建设在毫无地力的盐碱地甚至暗无天日的废弃矿井中。利用当今国内外科学技术成果,将太阳能、碳捕集、农业工厂三个领域结合起来的“富碳农业”产业在技术上可行,以其作为经济、环境和社会综合性问题的系统化解决之道,则需要国家产业政策的配合。

  中国农科院从上世纪七十年代便开始了“植物工厂”的相关研究和实践,论证通过计算机对作物生育过程中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素进行自动控制,实现不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。“植物工厂”模式的推广和普及已在国外和国内全面展开。以碳排放的大省——山西为例,有研究认为,仅富碳设施农业一项,CO2减排量就十分可观:以山西180万亩温室大棚为例,按照目前世界上比较先进的温室施放CO235kg/m2计,1年就可固定CO2420亿公斤,这相当于山西全省的碳减排任务,如果全省的设施蔬菜在目前基础上增施CO22—3倍,可吸收CO21000—1500万吨;另外,全省年产秸秆1900多万吨,利用露天焚烧的400万吨秸秆用于食用菌生产,可减排CO2670万吨﹔光伏食用菌大棚1万亩每年发电可达3亿度,节约标煤120万吨,折合减排CO2300万吨,效益约2亿元;增施CO2后,设施蔬菜产量可以大幅度增产,仅此一项全省可以增产增收上千亿元。同时,在“富碳农业”促进可再生能源的利用上,山西开展利用能源微藻转化CO2生产清洁燃油,开展工厂化微藻养殖、高效吸收CO2和生产清洁燃油的关键技术工艺和配套装备研发,年产170万吨微藻燃油及副产品,年产值达180亿,形成具有市场竞争力的新型微藻燃油产品和产业。

  我国已经有万吨级燃煤电厂二氧化碳捕集装置投入运转。来自电厂石灰石湿法脱硫系统(FGD)脱硫处理后的烟气进行再脱硫处理,通过有机胺吸收溶剂溶液与烟气中的二氧化碳反应,最终得到纯度达99.5%的液体二氧化碳产品,并可随时转化成固体、气体等其他产品形态,满足社会经济发展的不同需求。工业碳捕集系统的成功实施不但验证了“富碳农业”中碳捕集环节的有效性和低成本,更完成了“富碳农业”产业链中最重要的环节——二氧化碳的系列商品化。自此,二氧化碳正式从工业废气变成了价值不菲的商品,翻开了生态保护和经济可持续发展的全新篇章。

   我国发展“富碳农业”优势独特

  在发展“富碳农业”方面,我国拥有独特优势。中国的人口、资源压力是西方市场经济发达国家所未曾遇到的。富碳农业产业所依赖的太阳能、碳捕集、农业工厂综合技术近年在我国取得了重大进展,尤其是高效太阳光能、热能和电能的综合开发利用取得了世界领先的成果。发达国家如美、英、德、法的历史不尽相同,但它们早已在本世纪前完成了农业产业化,大规模生产使得农产品市场供给充足,价格低廉。各粮食巨头间的产业格局已经稳定,在某种程度上降低了科技创新的动力并阻碍了成果的综合运用。同样是基于以上原因,发达国家才会将注意力集中在其他解决办法上,如碳捕集与封存技术(CCS)等。

  发展“富碳农业”,可以促进我国工业、农业乃至整个国民经济的可持续发展,支持各地区因地制宜地探索和发展生态农业、循环农业、有机农业、精品农业、资源农业,充分挖掘我国农耕文明的精髓,为探索中国特色的农业现代化道路,保证中华民族生存在“地肥、水美、粮丰、人富”的人与自然、人与人和谐的生态和社会环境中提供有力保障。

  (作者单位:北京林业大学、北京交通大学)

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