一種精準(zhǔn)高效利用太陽能的革命性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)

在科技的發(fā)展道路上，離不開能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽能的使用。中國科大劉文教授的“試驗(yàn)田”。就在幾年之前，劉文老師還在光通信產(chǎn)業(yè)的一線工作。這看似毫不相干的農(nóng)業(yè)和光通信兩個(gè)行業(yè)，在劉老師的創(chuàng)意之下，奇妙地結(jié)合到了一起。

某太陽能電池

簡單說，劉文老師發(fā)明了一種精準(zhǔn)，高效利用太陽能的革命性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。劉老師說，植物在生長中需要的光能其實(shí)并不是全部太陽光，而只是很小一部分，不到5%(當(dāng)年錢學(xué)森先生正是因?yàn)楦吖懒诉@一點(diǎn)才推算出水稻畝產(chǎn)極限可以高達(dá)六萬斤)。不同的植物可能需要的光譜也不完全一樣。注意到這一特點(diǎn)后，2015年，他回到學(xué)校不久就提出采用光學(xué)干涉濾光技術(shù)先將適合植物光合作用的光波長一個(gè)一個(gè)挑選出滿足農(nóng)作物生長。利用多層塑料薄膜擠壓技術(shù)，劉老師帶領(lǐng)學(xué)生開發(fā)出具有特定濾光效應(yīng)的薄膜。應(yīng)用這些薄膜進(jìn)行選光后，生長出的農(nóng)作物普遍質(zhì)量更高，生長更健康，味道也更好。而不僅如此，選光剩余下來的光能還可以通過反射器用于光伏或者光熱發(fā)電，最大化利用太陽能。還有，由于光照強(qiáng)度大幅降低，農(nóng)地上的水分蒸發(fā)就減少了，從而對澆灌用水的需求降低。劉文老師說，他們的技術(shù)不僅可以徹底解決光伏農(nóng)業(yè)中光伏發(fā)電與農(nóng)作物爭光的矛盾，并且有助于在干旱地區(qū)大量節(jié)約灌溉用水，有可能成為以色列“滴灌”技術(shù)那樣的農(nóng)業(yè)高科技標(biāo)志性技術(shù)。

就是這項(xiàng)技術(shù)，2015年獲得日內(nèi)瓦發(fā)明展金獎(jiǎng)、亞洲光伏協(xié)會科技成就獎(jiǎng)、2016年被選入Discovery拍攝的“智慧中國”紀(jì)錄片、2017年獲得了被譽(yù)為科技創(chuàng)新“奧斯卡”的美國R&D100大獎(jiǎng)，2018年獲得世界可持續(xù)能源技術(shù)協(xié)會年度創(chuàng)新獎(jiǎng)。也是這項(xiàng)技術(shù)，國內(nèi)外眾多的專家學(xué)者給出了高度評價(jià)，這里面既有加拿大農(nóng)業(yè)部的高級專家，更有趙梓森院士，褚君浩院士這樣的光技術(shù)大家。更重要的是，在安徽省政府，阜陽市政府的支持下，劉老師新創(chuàng)辦的專門從事這一技術(shù)開發(fā)和推廣的公司已經(jīng)在阜陽成立，產(chǎn)品生產(chǎn)和推廣正緊鑼密鼓地進(jìn)行中。

早就知道劉文老師的這個(gè)項(xiàng)目，2月24日中午，趁著路過合肥的機(jī)會編輯特別來拜訪劉文老師，編輯想親耳聽聽劉文老師介紹他的創(chuàng)新技術(shù)，更想親眼看看光通信技術(shù)如何能夠用到看似風(fēng)馬牛不相及的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

首先，編輯想知道，這樣一個(gè)想法是從何而來呢?劉老師說，安徽是農(nóng)業(yè)大省，他回到科大當(dāng)教授的時(shí)候就曾想能不能結(jié)合安徽的這一農(nóng)業(yè)特色做點(diǎn)什么工作。就這樣，他想到了把光通信里常見的濾光技術(shù)，WDM技術(shù)用到農(nóng)業(yè)上來。

第二個(gè)問題，這樣做的生物學(xué)機(jī)理是什么?劉文老師說，盡管現(xiàn)在還沒有明確的理論解釋農(nóng)作物為什么在選擇性光照條件下生長更好，但是試驗(yàn)的效果卻是很明顯的。目前，中科院相關(guān)的植物生理學(xué)領(lǐng)域的專家已經(jīng)介入進(jìn)來，開始一起探討植物選擇性吸收光譜的更多秘密。由于不同的農(nóng)作物需要不同的光譜，下一步劉文老師他們還在更多進(jìn)行試驗(yàn)找到不同農(nóng)作物的最佳光吸收配方。而且，劉老師說，不僅植物有選擇性吸收光譜的特性，動(dòng)物也有?；诠庾V選擇技術(shù)的生命科學(xué)，未來還有很多工作可以做。

接下來的問題圍繞這一技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。一項(xiàng)技術(shù)能否順利產(chǎn)業(yè)化，很多時(shí)候不僅僅是技術(shù)本是的問題，和相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)配套，產(chǎn)業(yè)環(huán)境都有很大的關(guān)系。拿劉文老師這個(gè)技術(shù)來說，他們在國際上最早提出了對農(nóng)作物需要的太陽光譜精準(zhǔn)選擇，多余的光能再用于光伏發(fā)電的概念，但是如果不在相關(guān)的產(chǎn)品和專利上上盡早布局，也有可能被他人搶占先機(jī)。對于這一點(diǎn)，劉老師告訴編輯，他們的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在相關(guān)的濾光膜加工設(shè)備，濾光膜設(shè)計(jì)技術(shù)，以及相關(guān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方面做了許多工作。在當(dāng)?shù)卣姆龀窒?，相?yīng)的公司已經(jīng)建立起來，有了基本的團(tuán)隊(duì)，正式的產(chǎn)品不久之后也會推出來。現(xiàn)階段濾光膜價(jià)格偏高的問題也有望在產(chǎn)品批量生產(chǎn)之后獲得解決。

談到該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化前景，劉文老師說，多層塑料膜原材料很便宜，具備今后大批量推廣的可能性。并且因?yàn)榛诠鈱W(xué)干涉原理，塑料膜本身并不吸收太陽光，所以抗紫外線能力也很強(qiáng)，他們最初的塑料膜樣品已經(jīng)經(jīng)過三個(gè)夏天的野外暴曬，濾光性能仍然沒有變化。

劉老師還告訴編輯，國家現(xiàn)在正在大力推廣光伏農(nóng)業(yè)，光伏農(nóng)業(yè)是當(dāng)前農(nóng)村扶貧工作的一個(gè)重點(diǎn)。但是傳統(tǒng)光伏農(nóng)業(yè)的一大問題是光伏板下方光照不足而且光照不均勻，破壞了農(nóng)作物生長條件。他們的技術(shù)可以通過人工干預(yù)透光的光譜和透過光強(qiáng)的比例，來為下面的農(nóng)作物提供一個(gè)穩(wěn)定的定制化的光照環(huán)境，徹底解決傳統(tǒng)光伏農(nóng)業(yè)存在的問題，這樣可以大大提升光伏扶貧的效果。過去農(nóng)業(yè)高科技的重點(diǎn)內(nèi)容是育種、水、肥、土和溫度(溫室)的調(diào)控，以后光的控制也會是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容了。

劉文老師告訴編輯，他們的技術(shù)不僅對于農(nóng)業(yè)可能有很大的意義，對于旅游業(yè)同樣很有用?；谒麄兊募夹g(shù)可以讓大地變成五色斑斕的效果，不僅好看，也是很好的科普。下一步他們希望能在更多的地方建設(shè)這一技術(shù)的示范園區(qū)甚至景觀大道。

借鑒光通信成熟技術(shù)的概念，在完全不同的行業(yè)創(chuàng)造出全新的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)定制化精準(zhǔn)化的高效農(nóng)業(yè)。劉文老師的技術(shù)，證明了光子技術(shù)無限美好的應(yīng)用前景，也驗(yàn)證了中國可以有第一流的原創(chuàng)技術(shù)。我們?yōu)閯⑽睦蠋煹倪@一創(chuàng)新感到高興，也期待更多的朋友一起加入進(jìn)來，為這一技術(shù)的普及和發(fā)展鼓與呼。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。