近日，上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院特聘教授李依澤在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊《清潔生產(chǎn)雜志》(Journal of Cleaner Production)上發(fā)表了題為“機(jī)器學(xué)習(xí)輔助生物炭土壤應(yīng)用的生命周期評(píng)估”(Machine learning-assisted life cycle assessment of biochar soil application)的研究成果，該研究巧妙運(yùn)用AI，通過(guò)多層感知機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（MLP-NN）與高斯過(guò)程回歸（GPR）機(jī)器學(xué)習(xí)模型輔助生命周期評(píng)估，攻克生物炭生產(chǎn)工藝優(yōu)化與環(huán)境效益評(píng)估協(xié)同難題，為全球農(nóng)業(yè)碳中和提供量化技術(shù)路徑。該成果聯(lián)合英國(guó)UCL大學(xué)Rohit Gupta研究員，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所李望良研究員以及英國(guó)格拉斯哥大學(xué)Siming You教授共同完成，李依澤為第一作者，Siming You教授為通訊作者，上海理工大學(xué)為第一單位。
生物炭作為一種負(fù)碳技術(shù)，在氣候變化應(yīng)對(duì)中具有廣泛應(yīng)用前景。傳統(tǒng)生物炭研究往往難以平衡生產(chǎn)效率與環(huán)境效益。研究團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新方法被形容為給生物炭生產(chǎn)配備“智能大腦”，有效解決了行業(yè)長(zhǎng)期面臨的技術(shù)瓶頸。通過(guò)對(duì)比五種不同機(jī)器學(xué)習(xí)模型，最終確定多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和高斯過(guò)程回歸模型最為適合，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)0.97的R2值預(yù)測(cè)精度，破解了生物炭既要高產(chǎn)又要最大化碳封存的技術(shù)難題。
特別值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了熱解溫度、加熱速率和保持時(shí)間等參數(shù)與生物炭碳封存性能的精確關(guān)聯(lián)，證明了在考慮碳封存和肥料替代潛力的情況下，碳節(jié)約潛力可達(dá)每噸原料-1355公斤二氧化碳當(dāng)量。這種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)化方法不僅顯著降低了實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間，還為生物炭應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)?；峁┝思夹g(shù)支持。
這項(xiàng)學(xué)科交叉研究成果在應(yīng)對(duì)氣候變化和發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)方面展現(xiàn)出巨大潛力，既能促進(jìn)負(fù)碳排放技術(shù)的發(fā)展，又能改善土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。該技術(shù)框架未來(lái)可廣泛應(yīng)用于廢棄生物質(zhì)資源利用、土壤改良和碳中和戰(zhàn)略實(shí)施，未來(lái)或?qū)閲?guó)內(nèi)外環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)革新性變化。
論文原理導(dǎo)圖
論文連接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145109
