荷蘭瓦格寧根大學(xué)與研究中心 (Wageningen University & Research) 的科學(xué)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(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)，不僅因?yàn)橹参锏纳L(zhǎng)離不開它，還因?yàn)槠湎颦h(huán)境的排放導(dǎo)致了氣候變化，圍繞著這種氣體存在著巨大的威脅和機(jī)遇。作為知名的研究機(jī)構(gòu)，該研究所的工作價(jià)值在一定程度上取決于傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性，因此研究所的研究人員對(duì)于傳感器質(zhì)量決不能有絲毫妥協(xié)。
瓦格寧根一直是荷蘭溫室園藝研究和技術(shù)開發(fā)的推動(dòng)力量之一。植物研究所在其布萊斯韋克基地有 100 多個(gè)溫室大棚隔間，這意味著研究人員能夠創(chuàng)造多種多樣的環(huán)境條件。典型的環(huán)境變量包括光照、水分、生長(zhǎng)介質(zhì)、養(yǎng)分、（生物）病蟲害防治、溫度、濕度，當(dāng)然還有二氧化碳 (CO2)；所有這些都對(duì)作物產(chǎn)量有顯著影響。
荷蘭園藝部門的目標(biāo)是到 2040 年實(shí)現(xiàn)“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(gè)新的示范溫室大棚“Greenhouse2030”，以探索減少二氧化碳排放量、消除對(duì)作物保護(hù)化學(xué)品的需求以及優(yōu)化水和養(yǎng)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(yè)的許多工藝流程中的副產(chǎn)品，但植物的生長(zhǎng)也需要通過(guò)它來(lái)進(jìn)行光合作用，因此，荷蘭溫室大棚經(jīng)營(yíng)者通過(guò)與該國(guó)工業(yè)部門合作來(lái)利用這一副產(chǎn)品，從而降低該國(guó)的凈二氧化碳排放量，為抵御氣候變化作出貢獻(xiàn)。 在全球范圍內(nèi)，許多溫室大棚經(jīng)營(yíng)者通過(guò)燃燒天然氣來(lái)產(chǎn)生二氧化碳，但這也會(huì)在夏季月份里產(chǎn)生可能并不需要的熱量，因此，對(duì)工業(yè)副產(chǎn)品的利用是非?？扇〉淖龇?。
2005 年，二氧化碳首次通過(guò) Organic Carbon Dioxide for Assimilation of Plants (OCAP) 公司建立的管道網(wǎng)絡(luò)輸送到荷蘭溫室大棚。商用溫室大棚運(yùn)營(yíng)商為這項(xiàng)二氧化碳供應(yīng)買單，供應(yīng)主要來(lái)自一個(gè)生物乙醇廠。該研究所開展研究的一項(xiàng)重要目的是優(yōu)化對(duì)二氧化碳以及其他植物生長(zhǎng)變量的利用率。例如，該研究所開發(fā)了一個(gè)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(jiān)測(cè)并顯示種植者投配策略的效果。例如，它可以評(píng)估中午前后的二氧化碳投配量與早晨投配量的對(duì)比情況。
監(jiān)測(cè)二氧化碳
經(jīng)過(guò)大約 10 年的運(yùn)作，該研究所準(zhǔn)備用一種新型號(hào)的探頭替換大約 150 個(gè)舊型號(hào)探頭。在每個(gè)項(xiàng)目開始之前，使用經(jīng)認(rèn)證的參照氣體檢查所有探頭的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是可追蹤的，這一點(diǎn)很重要，因此每個(gè)探頭的校準(zhǔn)證書都會(huì)保留下來(lái)，隨后的校準(zhǔn)檢查也會(huì)記錄下來(lái)。帶有 GMP252 二氧化碳探頭的便攜式二氧化碳監(jiān)測(cè)儀（維薩拉 GM70）也用作檢查已安裝探頭的驗(yàn)證工具，即便并不需要進(jìn)一步校準(zhǔn)。
目前，該研究所安裝的探頭可提供 4-20 mA 的信號(hào)用于輸入“氣候計(jì)算機(jī)”，這些計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)編程可自動(dòng)管理溫室大棚。如果二氧化碳由于任何原因接近危險(xiǎn)水平，該系統(tǒng)還會(huì)發(fā)出警報(bào)。
二氧化碳傳感器技術(shù)
二氧化碳可吸收波長(zhǎng)為 4.26 μm 的紅外 (IR) 區(qū)域內(nèi)的光。這意味著當(dāng)紅外輻射通過(guò)含有二氧化碳的氣體時(shí)，部分輻射會(huì)被吸收，而這部分吸收的輻射可以測(cè)量出來(lái)。維薩拉 CARBOCAP® 二氧化碳傳感器具有微型機(jī)械電調(diào)法布里-珀羅干涉儀 (Fabry-Perot Interferometer, FPI) 濾波器。除了測(cè)量二氧化碳吸收之外，F(xiàn)PI 濾波器還可以在不發(fā)生吸收的波長(zhǎng)下進(jìn)行參考測(cè)量。在進(jìn)行參考測(cè)量時(shí)，對(duì) FPI 濾波器進(jìn)行電調(diào)，將旁通帶從吸收波長(zhǎng)切換到非吸收波長(zhǎng)。該參考測(cè)量可補(bǔ)償光源強(qiáng)度的潛在變化，以及光路中的污染或污垢積聚帶來(lái)的偏差。因此，CARBOCAP® 傳感器隨著時(shí)間的推移仍可維持穩(wěn)定；而且，通過(guò)將兩個(gè)測(cè)量值合并到一個(gè)傳感器中，這種緊湊的技術(shù)可以集成到小型探頭、模塊和變送器中。
CARBOCAP® 技術(shù)意味著研究人員不必?fù)?dān)心校準(zhǔn)漂移或傳感器故障。
二氧化碳植物科學(xué)研究
目前有兩個(gè)項(xiàng)目正在評(píng)估不同濃度的二氧化碳對(duì)植物產(chǎn)量的影響。其中一個(gè)主要研究無(wú)核小水果，另一個(gè)研究西紅柿；然而，由于二氧化碳在植物生長(zhǎng)和氣候變化中發(fā)揮著如此重要的作用，準(zhǔn)確測(cè)量這種氣體的價(jià)值還在不斷增長(zhǎng)。現(xiàn)在，大多數(shù)溫室大棚都連接到了研究所的以太網(wǎng)，多種多樣的傳感器不斷添加到監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中；這為利用新的“智能”傳感器提供了機(jī)會(huì)。
總結(jié)
在布萊斯韋克安裝的二氧化碳傳感器的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性顯然對(duì)該研究所的研究取得成功至關(guān)重要，特別是考慮到一個(gè)溫室大棚的數(shù)據(jù)經(jīng)常要與其他溫室大棚的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。二氧化碳的供應(yīng)是有成本的；因此，有效監(jiān)測(cè)和供應(yīng)這一資源至關(guān)重要，實(shí)現(xiàn)了有效監(jiān)控和供應(yīng)才能優(yōu)化植物產(chǎn)量。
降低化石燃料使用量和開發(fā)更高效的能源管理系統(tǒng)的舉措無(wú)疑會(huì)有助于減少來(lái)自溫室大棚行業(yè)的二氧化碳排放。 但是考慮到 2040 年“氣候中立”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)全世界需要找到更好的方法，以可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)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(huì)不斷增長(zhǎng)。