Bezpieczeństwo żywnościowe i energetyczne nie muszą stanowić dla siebie konkurencji. Przyjęcie kompleksowego, zintegrowanego podejścia do podejmowania decyzji dotyczących produkcji żywności i energii oraz wody może zwiększyć odporność i niezależność zarówno systemów żywnościowych, wodnych, jak i energetycznych.
W artykule dla Nature Sustainability, główny analityk ds. energii, wody i gruntów Departamentu Energii Departamentu Energii USA (NREL), Jordan Macknick razem ze współautorami z uniwersytetów w Arizonie i Maryland, zbadali potencjalne korzyści współfunkcjonowania rolnictwa i infrastruktury fotowoltaicznej - tzw. agrofotowoltaika - w zakresie produkcji żywności, zapotrzebowania na wodę do nawadniania i produkcji energii.
Budowanie odpornych systemów
Zmniejszona ilość opadów i wzrost temperatury powietrza na świecie zwiększają podatność gospodarki na zagrożenia zarówno w sektorze rolnym, jak i energetycznym. Problemy związane z niedoborem wody są tematem wielu dyskusji i napędzają działania zapobiegawcze w sektorze rolnictwa. Ekstremalne zjawiska pogodowe wpływają z kolei na systemy energetyczne na całym świecie, zmniejszając niezawodność wytwarzania energii. W związku z tym stabilność globalnego systemu energetycznego ma coraz większe znaczenie. Technologie odporne na suszę, takie jak fotowoltaika wiatrowa i słoneczna, mogą zaspokoić zarówno obawy dotyczące stabilnej produkcji energii, jak i zrównoważonego rozwoju.
Nowe ekosystemy
Stosując model wywodzący się z projektów urbanistycznych o niskim wpływie na środowisko, naukowcy przyjrzeli się koncepcji „nowych ekosystemów” oraz temu, w jaki sposób mogą one przynieść korzyści systemom energii odnawialnej i produkcji żywności w ekosystemach suchych terenów. Badacze rozważyli możliwość współlokacji rolnictwa i infrastruktury fotowoltaicznej w celu maksymalizacji uzyskiwanych plonów, zminimalizowania zużycia wody i stabilnej produkcji energii opartej na źródłach odnawialnych.
Aby zbadać możliwości zastosowania tej koncepcji, naukowcy posadzili pod panelami fotowoltaicznymi trzy pospolite rośliny (papryka chiltepin, jalapeño i pomidor koktajlowy), reprezentujące trzy różne środowiska suchych terenów.
Podczas trzymiesięcznego sezonu wegetacyjnego monitorowali oświetlenie, temperaturę powietrza i wilgotność względną za pomocą czujników zamontowanych nad powierzchnią gleby. Zmierzyli również temperaturę i wilgotność gleby na głębokości 5 centymetrów. Zarówno system kontrolny, jak i system agrowoltaiczny otrzymały takie samo nawadnianie w dwóch scenariuszach testowych: codzienne nawadnianie i nawadnianie co dwa dni.
Chociaż wpływ różnił się w zależności od typu rośliny, naukowcy odkryli, że systemy agrowoltaiczne mają obiecujące możliwości zastosowania dla produkcji żywności, oszczędności wody i produkcji energii odnawialnej. Zmniejszenie ekspozycji na bezpośrednie światło słoneczne pod panelami fotowoltaicznymi doprowadziło do niższych temperatur powietrza w ciągu dnia i wyższych temperatur w nocy, co pozwoliło roślinom pod panelami słonecznymi zatrzymać więcej wilgoci niż uprawy kontrolne, które rosły na obszarach nasadzeń pod gołym niebem.
Wyniki badania
Produkcja jedzenia
Całkowita produkcja owoców chiltepina była trzykrotnie większa w systemie agrowoltaicznym w porównaniu z kontrolą
Efektywność wykorzystania wody w przypadku jalapeño była o 157% większa w systemie rolniczym
W przypadku pomidora koktajlowego efektywność wykorzystania wody była o 65% większa, a całkowita produkcja owoców podwoiła się w systemie agrowoltaicznym
Oszczędność wody
Przy nawadnianiu co dwa dni wilgotność gleby pozostawała o około 15% większa w systemie agrowoltaicznym
Przy codziennym nawadnianiu wilgotność gleby w systemie agrowoltaicznym pozostawała o 5% większa przed kolejnym podlewaniem
Ulepszona produkcja energii odnawialnej
Tradycyjne panele fotowoltaiczne montowane na ziemi były znacznie cieplejsze w ciągu dnia niż panele z podszyciem roślinnym.
Rolnicze panele fotowoltaiczne były chłodniejsze w ciągu dnia w porównaniu z tradycyjnym układem paneli o około 9°C, co pozwoliło uzyskać lepszą wydajność.
Kolokacja fotowoltaiki i rolnictwa może przynieść korzystne rezultaty w wielu sektorach, zwiększając produkcję roślinną, zmniejszając utratę wody i poprawiając wydajność paneli fotowoltaicznych. Przyjęcie takich synergicznych ścieżek rozwoju może pomóc w budowaniu odpornych systemów produkcji żywności i wytwarzania energii.
Jak zauważa Macknick: „Obiecujące wyniki tej pracy pokazują, jak można zintegrować rozwój energii słonecznej i rolnictwo na całym świecie, aby zapewnić obopólne korzyści”.
Źródło: nrel.gov