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      在科研溫室大棚中使用維薩拉的二氧化碳傳感器

      發布日期:2021-02-26      來源:VAISALA公司      點擊:      

            

              荷蘭瓦格寧根大學與研究中心 (Wageningen University & Research) 的科學家在他們的研究溫室大棚中使用維薩拉二氧化碳傳感器已有十多年。二氧化碳是植物科學領域的一個極其重要的測量參數,不僅因為植物的生長離不開它,還因為其向環境的排放導致了氣候變化,圍繞著這種氣體存在著巨大的威脅和機遇。作為世界知名的研究機構,該研究所的工作價值在一定程度上取決于傳感器的準確性和可靠性,因此研究所的研究人員對于傳感器質量決不能有絲毫妥協。

              瓦格寧根一直是荷蘭溫室園藝研究和技術開發的推動力量之一。植物研究所在其布萊斯韋克基地有 100 多個溫室大棚隔間,這意味著研究人員能夠創造各種各樣的環境條件。典型的環境變量包括光照、水分、生長介質、養分、(生物)病蟲害防治、溫度、濕度,當然還有二氧化碳 (CO2);所有這些都對作物產量有顯著影響。




              荷蘭園藝部門的目標是到 2040 年實現“氣候中立”。因此,瓦格寧根的研究人員最近為蔬菜、水果和花卉種植建立了一個新的示范溫室大棚“Greenhouse2030”,以探索減少二氧化碳排放量、消除對作物保護化學品的需求以及優化水和養分利用的方法。  


      溫室大棚中的二氧化碳
              二氧化碳是石油、天然氣和石化工業的許多工藝流程中的副產品,但植物的生長也需要通過它來進行光合作用,因此,荷蘭溫室大棚經營者通過與該國工業部門合作來利用這一副產品,從而降低該國的凈二氧化碳排放量,為抵御氣候變化作出貢獻。 在全球范圍內,許多溫室大棚經營者通過燃燒天然氣來產生二氧化碳,但這也會在夏季月份里產生可能并不需要的熱量,因此,對工業副產品的利用是非常可取的做法。

              2005 年,二氧化碳首次通過 Organic Carbon Dioxide for Assimilation of Plants (OCAP) 公司建立的管道網絡輸送到荷蘭溫室大棚。商用溫室大棚運營商為這項二氧化碳供應買單,供應主要來自一個生物乙醇廠。該研究所開展研究的一項重要目的是優化對二氧化碳以及其他植物生長變量的利用率。例如,該研究所開發了一個用于二氧化碳投配的模擬工具:“二氧化碳查看器”。該程序用于監測并顯示種植者投配策略的效果。例如,它可以評估中午前后的二氧化碳投配量與早晨投配量的對比情況。 

      監測二氧化碳
              經過大約 10 年的運作,該研究所準備用一種新型號的探頭替換大約 150 個舊型號探頭。在每個項目開始之前,使用經認證的參照氣體檢查所有探頭的校準。校準數據是可追蹤的,這一點很重要,因此每個探頭的校準證書都會保留下來,隨后的校準檢查也會記錄下來。帶有 GMP252 二氧化碳探頭的便攜式二氧化碳監測儀(維薩拉 GM70)也用作檢查已安裝探頭的驗證工具,即便并不需要進一步校準。

              目前,該研究所安裝的探頭可提供 4-20 mA 的信號用于輸入“氣候計算機”,這些計算機經過編程可自動管理溫室大棚。如果二氧化碳由于任何原因接近危險水平,該系統還會發出警報。

      二氧化碳傳感器技術
              二氧化碳可吸收波長為 4.26 μm 的紅外 (IR) 區域內的光。這意味著當紅外輻射通過含有二氧化碳的氣體時,部分輻射會被吸收,而這部分吸收的輻射可以測量出來。維薩拉 CARBOCAP? 二氧化碳傳感器具有創新的微型機械電調法布里-珀羅干涉儀 (Fabry-Perot Interferometer, FPI) 濾波器。除了測量二氧化碳吸收之外,FPI 濾波器還可以在不發生吸收的波長下進行參考測量。在進行參考測量時,對 FPI 濾波器進行電調,將旁通帶從吸收波長切換到非吸收波長。該參考測量可補償光源強度的潛在變化,以及光路中的污染或污垢積聚帶來的偏差。因此,CARBOCAP? 傳感器隨著時間的推移高度穩定;而且,通過將兩個測量值合并到一個傳感器中,這種緊湊的技術可以集成到小型探頭、模塊和變送器中。

              CARBOCAP? 技術意味著研究人員不必擔心校準漂移或傳感器故障。

      二氧化碳植物科學研究
              目前有兩個項目正在評估不同濃度的二氧化碳對植物產量的影響。其中一個主要研究無核小水果,另一個研究西紅柿;然而,由于二氧化碳在植物生長和氣候變化中發揮著如此重要的作用,準確測量這種氣體的價值還在不斷增長。現在,大多數溫室大棚都連接到了研究所的以太網,各種各樣的新傳感器不斷添加到監測網絡中;這為利用新的“智能”傳感器提供了機會。

      總結
              在布萊斯韋克安裝的二氧化碳傳感器的準確性、穩定性和可靠性顯然對該研究所的研究取得成功至關重要,特別是考慮到一個溫室大棚的數據經常要與其他溫室大棚的數據進行比較。二氧化碳的供應是有成本的;因此,有效監測和供應這一資源至關重要,實現了有效監控和供應才能優化植物產量。   

              降低化石燃料使用量和開發更高效的能源管理系統的舉措無疑會有助于減少來自溫室大棚行業的二氧化碳排放。 但是考慮到 2040 年“氣候中立”目標的實現,同時全世界需要找到更好的新方法,以可持續且經濟可行的方式捕獲二氧化碳排放,因此,利用二氧化碳的重要性必定會不斷增長。

       






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