我國(guó)西南山(shān)區(qū)，農村土壤貧瘠、水資源缺乏。各地雖已建立起覆蓋面較廣的農電(diàn)網絡，但部分(fēn)偏遠(yuǎn)村組和農戶“電(diàn)網末梢”吃緊的狀況仍未完全得到..。

科(kē)學(xué)研究如何助力鄉村振興？雲南大學(xué)材料與能(néng)源學(xué)院教授萬豔芬帶領的雲南大學(xué)綠源功能(néng)材料團隊為(wèi)此展開了持久探索。近期，他(tā)們以作(zuò)物(wù)稭稈為(wèi)原料，将原料進行碳化後制備出了光熱材料，并将材料進行三重仿生設計，研制出了水電(diàn)聯發的清潔能(néng)源裝(zhuāng)置，建立起了循環低碳智慧大棚。

利用(yòng)稭稈參與水伏發電(diàn)

2021年，雲南省稭稈資源量約1972.08萬噸，可(kě)收集量1763.91萬噸。稭稈主要來自玉米、水稻、甘蔗、油菜、小(xiǎo)麥、薯類等作(zuò)物(wù)，其中(zhōng)玉米、水稻、甘蔗稭稈的利用(yòng)空間巨大。

“基于學(xué)科(kē)所長(cháng)，聚焦農業廢料再利用(yòng)，是科(kē)研團隊緻力綠色發展、促進鄉村振興的着力點。”萬豔芬說。

近年來，随着納米材料研究的深入，人們發現部分(fēn)碳材料在與液體(tǐ)作(zuò)用(yòng)時，會表現出一系列新(xīn)的生電(diàn)效應，如波動生電(diàn)、液滴生電(diàn)、蒸發生電(diàn)、濕度生電(diàn)等，這些現象統稱為(wèi)水伏效應，這為(wèi)新(xīn)型能(néng)源開發開辟了新(xīn)路。

“我們的創新(xīn)點在于‘水電(diàn)聯發’。”綠源功能(néng)材料團隊負責人、雲南大學(xué)碩士研究生趙嵘介紹，他(tā)們研發的裝(zhuāng)置，主要以稭稈碳化後的生物(wù)質(zhì)炭作(zuò)為(wèi)塗層材料，其易于與水進行表面耦合，可(kě)使水分(fēn)在材料的納米微通道中(zhōng)定向滲透，并在靜電(diàn)作(zuò)用(yòng)下讓水中(zhōng)的正負電(diàn)荷分(fēn)離，使上下遊産(chǎn)生電(diàn)勢差，從而産(chǎn)生電(diàn)壓。

與此同時，在太陽光的照射下，這種水電(diàn)聯發裝(zhuāng)置能(néng)夠将農業廢水轉換為(wèi)清潔的農業用(yòng)水，重金屬離子去除率達92%，有(yǒu)效解決了農業廢水處理(lǐ)難、部分(fēn)地區(qū)水資源緊缺的問題。

..智慧大棚植物(wù)診療平台

雲南大學(xué)綠源功能(néng)材料團隊成員由來自材料化工(gōng)、新(xīn)能(néng)源、信息技(jì )術、生物(wù)科(kē)學(xué)、财務(wù)管理(lǐ)、視覺設計等領域的數十名(míng)研究生組成。

“團隊根據水伏淨水發電(diàn)、減污節能(néng)這一構想，通過配套太陽能(néng)水電(diàn)聯發裝(zhuāng)置，建成循環低碳智慧大棚，對作(zuò)物(wù)進行..呵護。”萬豔芬說，這樣可(kě)提高作(zuò)物(wù)産(chǎn)量，增加經濟效益。

團隊在調研中(zhōng)發現，在雲南種植花(huā)卉、蔬菜的智慧大棚，多(duō)停留在僅能(néng)監測棚内環境溫度、濕度的階段，且存在搭建成本高、碳排放量較高但智能(néng)化程度較低等問題。“針對這些痛點，我們想何不以作(zuò)物(wù)稭稈為(wèi)原材料，制備一套水電(diàn)聯發裝(zhuāng)置，通過太陽能(néng)清潔能(néng)源，淨化農業廢水，并給大棚供電(diàn)？”團隊成員羅洪耀說，..培育循環低碳智慧大棚的理(lǐ)念由此誕生。

團隊..原創制備出柔性傳感器件，以及對植物(wù)微環境中(zhōng)的氣體(tǐ)、溫度、濕度進行監測的一體(tǐ)化平台，并通過信息技(jì )術對平台數據進行了後端采集，做到植物(wù)病蟲害實時監測。

“我們與雲南大學(xué)生态與環境學(xué)院合作(zuò)，開辟了番茄種植園區(qū)并進行了一系列試驗。”團隊成員王學(xué)科(kē)介紹說，通過在不同狀态的番茄葉片上黏附柔性傳感貼片，他(tā)們發現病變葉片的微環境濕度以及氣體(tǐ)釋放量與正常葉片均明顯不同。

原來，病蟲害發生時，被侵蝕葉片的氣孔呼吸作(zuò)用(yòng)明顯下降，氣孔開合狀态較差，水分(fēn)以及氣體(tǐ)釋放量明顯下降。基于此，研究團隊就可(kě)以提前診斷出植株是否正在遭病蟲害侵襲。“這時，我們就可(kě)以進行人工(gōng)幹預，減少蟲害發生。”王學(xué)科(kē)說，團隊整合了各項技(jì )術，成功構建了水電(diàn)聯發的植物(wù)診療一體(tǐ)化大棚監測系統。

據悉，這是國(guó)内..獲得..授權的植物(wù)診療平台。水電(diàn)聯發裝(zhuāng)置不僅能(néng)對偏遠(yuǎn)、不适宜布設電(diàn)網的大棚提供監測設備用(yòng)電(diàn)，還能(néng)及時控溫控水，..釋放農藥、化肥，給作(zuò)物(wù)提供精(jīng)心呵護，實現大棚的自動化、智能(néng)化，減少農廢污染，增加經濟效益，助力低碳農業推進和鄉村振興目标的實現。

技(jì )術成果促進綠色發展

水伏發電(diàn)和智慧大棚不僅能(néng)節省人力物(wù)力，提高産(chǎn)量，增加經濟效益，還能(néng)在生産(chǎn)各環節減少環境污染，推動農村發展，助力“綠美鄉村”目标的實現，其技(jì )術、成本優勢對農民(mín)更有(yǒu)吸引力。

“塗層材料的原料是從農戶那裏購(gòu)買的稭稈，每公(gōng)斤約0.6元；其他(tā)常用(yòng)的化學(xué)原材料從網絡渠道購(gòu)買，整體(tǐ)成本較市場上的各類傳感器更加低廉。”羅洪耀介紹，産(chǎn)品主要針對太陽能(néng)資源豐富以及電(diàn)力緊缺的山(shān)區(qū)農村，目前裝(zhuāng)置正處于推廣階段。

團隊已獲得了中(zhōng)國(guó)青年創新(xīn)創業基金會的經費支持，與雲南省大理(lǐ)市鳳儀鎮莊科(kē)村以及雲龍縣團結村簽訂了合作(zuò)意向書，提供750套水電(diàn)聯發裝(zhuāng)置和資金、技(jì )術指導，解決當地農廢難處理(lǐ)以及用(yòng)電(diàn)問題。該團隊還與雲南省雲上小(xiǎo)鎮創新(xīn)創業平台合作(zuò)，進行項目産(chǎn)業孵化，完成了“稭農科(kē)學(xué)技(jì )術開發（昆明）有(yǒu)限公(gōng)司”的工(gōng)商(shāng)注冊手續。

“當然，創新(xīn)創業中(zhōng)我們也面臨不少難點。”團隊負責人趙嵘說，主要是前期推廣投産(chǎn)存在風險與困難，市場份額尚不确定，以及技(jì )術與産(chǎn)品知識産(chǎn)權保護等問題。

“這項智慧農業系統的實施，将在西南鄉村振興戰略中(zhōng)扮演重要角色。..技(jì )術手段和創新(xīn)的農業模式将有(yǒu)利于推動農村環境改善和可(kě)持續發展。”萬豔芬說。後期，團隊将以國(guó)家标準為(wèi)..，向着發展成為(wèi)智慧農業領域..企業這一目标邁進。