废弃矿洞变粮仓：地下农业开启绿色未来

在湖北省大冶市的地下245米深处，废弃的铜矿矿道中不再是昏暗与寂静，而是一片生机勃勃的景象——一排排绿油油的奶油生菜正在人工光照下茁壮成长。这不可思议的场景正是中国科研人员将废弃矿洞改造为地下植物工厂的成果。

传统煤矿关闭后往往成为废弃场地，但现在，这些地下空间正变为发展现代农业的“金山”。通过利用地热能源与先进照明系统耦合技术，这些曾经被视为负担的废弃矿洞正在焕发新生机。

地下矿洞的先天优势

废弃矿井通常指因矿产资源枯竭、不符合安全开采条件或其他政策原因而关闭报废的矿井。我国有大量因矿产资源枯竭或无开采价值而自行关闭的废弃矿井。

这些废弃矿井拥有巨大的地下空间，其环境与地面相对隔绝，不受地面气候和自然灾害的侵扰。据统计，2020年我国关闭煤矿矿井达12000处，到2030年预计有超过15000个废弃矿井需要关闭，可利用地下空间资源约72亿立方米。

高温矿井的井内环境气温超过人体正常热平衡所能忍受的温度，但其地热资源却成为一种宝贵的地下热源。这些矿井的地温梯度由1～2℃/100m到4.1℃/100m不等。

地热利用的技术革命

地下植物工厂的核心技术之一是地热能的高效利用。中国科学院广州能源研究所研究人员提出了一种结合超长重力热管取热控温的高温矿井综合改造利用系统。

该系统包括矿井通风系统、超长重力热管取热降温系统、植物光源照明设备及种植设备。超长重力热管大部分插入高温地下矿井内，伸出地面的端部与地面热利用设备相连，将高温地下矿井内热量提取出地面为地面热利用设备供热，同时降低矿井内部温度。

超长重力热管通过工质相变将热能储存在工质潜热中，具有较高均温性，可以保证高温地下矿井长期稳定在适宜的植物生长温度。管内循环工质包括水、液氨、二氧化碳、乙醇、丙酮等有机或无机工质。

照明系统的能源创新

地下植物工厂的另一个技术关键是照明系统。地下空间无法自然采光，需要人工照明提供植物光合作用所需光能。

常州大学研究人员开发了一种分频采光、照明、发电及供热一体化植物生长系统。该系统包括抛物槽式聚光装置、分频装置、光伏装置和换热装置。

聚光装置设置在植物工厂的顶部，通过抛物线型反射镜和聚光槽将太阳光反射聚集。分频装置将太阳光谱中适宜植物光合作用的波段的光反射到植物工厂内用于照明，将响应光伏电池波段的光输送到聚光光伏电池表面用于发电，其余光则通过换热器转换成热能。

这种创新系统综合利用太阳能，节约成本，减少浪费，提高了产量和效率。

国内外应用案例

国际上，英国诺丁汉大学的学者们正在考虑将该国15万个废弃煤矿改造成地下农场。这些“地下农场”相比于地上农场每英亩可以多生产10倍以上的产品，而且成本较低。

国内也有多个成功案例。湖北省大冶市铜矿区废弃矿井再利用项目通过构建植物工厂智能栽培系统、气候与环境因子智能调控系统、低碳能源供给系统，以WEB服务器、5G物联网等技术为基础，实现了环境因子（光、水、气、肥）的协同控制。

山东淄博的华电多能互补能源综合体项目利用煤矿闭坑土地资源，建设农光互补电站、地源热泵能源站等。项目利用矿坑水温常年介于15至30摄氏度的优势，采取“井下利用—热能提取—生态处理—初级利用—循环利用”模式，建设地源热泵能源站。

地下植物工厂的多重优势

地下植物工厂具有多重优势。环境稳定性高，地下矿井的环境可以与地面相对隔绝，不受地面气候及自然灾害的侵扰。

节能高效，由于地下空间固有的隔热性和温度稳定性，维持适宜温度所需的能耗比地面温室大幅降低。据曾炜教授介绍，生产能耗成本相比地面植物工厂可大幅降低60%以上。

空间利用效率高，地下植物工厂可以采用多层立体栽培模式大幅提高土地利用率。以铜绿山矿为例，矿井面积数十万平方米，如果按三层立体种植的话，相当于增加了上千亩耕地。

经济效益与社会价值

地下植物工厂不仅带来经济效益，还具有重要社会价值。一旦闭矿，大量矿工就会面临下岗问题。而产业转型升级不仅能解决大量矿工的再就业问题，还能继续利用现成的供电、通风、水电轨道、通信资源。

此外，地下植物工厂生产的是生态有机食材。由于地下矿井的空间隔绝性，可以充分避免病虫害，无需使用农药。在水培系统中，蔬菜不使用地下水，而是输送经过处理的自来水，避免了土壤里的重金属污染物，比在大田里安全性更高。

未来发展前景

未来地下植物工厂的发展前景广阔。曾炜教授表示，生菜仅仅是开始试验的品种，下一步将开展高档蔬菜、药材、花卉品种的种植试验。同时进行低光照强呼吸的食用菌与强光照强吸收二氧化碳的植物交互辅助的多光谱组合、立体种植的废弃矿井种植模式。

随着技术进步和政策支持，废弃矿井转型为智慧植物工厂的模式将在全国推广，为资源枯竭型城市的产业转型升级提供技术基础与实际参考。

据统计，到2030年我国将有超过15000个废弃矿井需要关闭。这些废弃矿井如果都能得到合理利用，相当于为国家增加了上千亩甚至上万亩的高效农业用地。

山东淄博的华电多能互补能源综合体项目建成投运后，年可提供绿电4.2亿千瓦时，替代标煤12.6万吨，减排二氧化碳37.8万吨，实现产值收入5亿元。

这些数字不仅展示了经济效益，更彰显了环保价值。

鲁娜 | 日本千叶大学植物工厂以及相关研究和案例介绍

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