2026年4月，一款面向设施农业的AI定量调控二氧化碳捕集转化装置在北京市通州区完成最新一轮种植季验证。项目团队提供的数据显示，使用该装置后，大棚西红柿产量较常规对照棚提升38.6%，草莓亩产值从6万余元增至9万元，投入产出比达1:13.94，农户投资回收期缩短至1.2年。该装置由太阳能光伏驱动，单台成本控制在3000元以内，已在北京、山东、新疆、四川等地50余个大棚落地应用。
破解设施农业“碳饥饿”困局
据团队在全国多地调研，我国北方冬季密闭大棚内二氧化碳浓度最低可降至280ppm，远低于作物光合作用所需的1000-1500ppm理想值，直接导致作物减产20%-30%。传统增碳方式中，化学法易产生刺激性气体影响农产品品质，燃烧法单棚年碳排放高达1.2吨，进口碳捕集设备价格动辄数万元，普通农户难以负担。
图 1团队成员在北京市通州区调研
“智碳兴农”大学生创业团队以工业固废粉煤灰为原料，通过酸浸碱溶—溶胶凝胶—喷雾干燥工艺，制备出三维多孔二氧化硅固态胺吸附剂，粉煤灰利用率达91.7%。经国家重质油实验室测试，该吸附剂循环稳定性突破1000次，100次循环后吸附容量保持率仍达96.1%，二氧化碳捕集成本降至319.2元/吨，较传统硅胶载体降低85%。
在此基础上，团队自主研发电驱动变温吸附(ETSA)技术，首次在直接空气捕集工艺中实现完全电气化。装置由太阳能板供电，捕集能耗降至100千瓦时/吨二氧化碳，约为传统工艺的三分之一。单台装置体积小于1立方米，可灵活安装于各类大棚。
AI智能调控实现“零门槛”操作
装置控制系统深度集成机器学习算法，构建“数据采集—模型推理—硬件执行—迭代优化”智能闭环。系统融合XGBoost能耗优化模型、随机森林气肥需求预测模型和深度Q网络强化学习模型，可根据作物品种、生长阶段、棚内温湿度及光照强度自动动态调整二氧化碳释放策略。
图 2设备使用AI智能调控
以草莓种植为例，系统能识别高温环境下高浓度二氧化碳可能引发的减产风险，及时调整调控参数。团队成员介绍，农户仅需在手机端点击启动，系统即可自动运行，无需专业培训。
图 3*数据源于[1]孙鹏.不同二氧化碳浓度、氮肥施用和温度处理对草莓(Fragaria×ananassa Duch.)生长、果实产量和果实品质的影响[D].浙江师范大学,2012.
助农增收数据明确
北京通州北菜园农业科技示范园对比试验数据显示：使用碳捕集转化装置后，西红柿单茬产量提升38.6%，草莓增产31.2%，黄瓜增产40%;果实糖度提升约15%，维生素C含量增长近20%，精品果率从70%提升至80%。
以10亩草莓大棚为例，亩产值从60120元跃升至90000元，扣除碳肥及设备折旧成本后，亩净利润从30120元增至58000元，投入产出比达1:13.94，投资回收期1.2年。减排方面，单套装置每年可为单棚捕集并回用二氧化碳约2.6吨，替代传统燃油增碳方式后，年节省能源费用约8400元，减少碳排放约1.2吨。
图 4团队在北京昌平草莓园区进行实践
商业化落地加速
项目已与北京北菜园农业科技公司签订协议，共建示范基地覆盖50个大棚。团队获中海油天津分公司、中海油服、齐鲁石化、山东海化等央企表扬信，并入选北京市农业绿色补贴名录。在河北试点推出的“碳收益分期”模式(0首付+30%碳汇分成)，使农户投资回收期压缩至8个月。
截至目前，项目已获授权发明专利1项，在审专利3项，在《Separation and Purification Technology》(影响因子9.0)、《Carbon Capture Science & Technology》(影响因子10.5)等期刊发表论文3篇，获第六届北京市大学生节能节水低碳减排竞赛一等奖、2024年“华清杯”全国CCUS创新创意赛等奖项。
团队已在北京通州、山东寿光等地开展“1小时速成培训”，累计培训新型职业农民300余人次，就业率达95%以上。
图 5设备在多地的应用证明
未来规划
据团队介绍，2026年底前将在山东、河南等设施农业大省建立区域分销中心;中期将完善“碳收益分期”和设备共享模式，进一步降低农户使用门槛;长期目标是在100个乡村振兴重点县建设农业科技示范园，与100所职业院校合作开发乡村振兴特色课程，到2028年带动50万农户实现增收。
