Zwiększenie odporności produkcji żywności podczas trwających zmian klimatycznych i wzmocnienie produkcji energii odnawialnej to podstawowe wyzwania w dzisiejszym świecie.
Jednak wytwarzanie energii słonecznej staje się coraz bardziej opłacalnym sposobem wykorzystania gruntów uprawnych, co rodzi obawy, że farmy fotowoltaiczne zastąpią produkcję żywności.
Jednym z możliwych rozwiązań jest agrowoltaika – wspólne rozmieszczenie paneli rolniczych i fotowoltaicznych – która może utrzymać produkcję roślinną, wytwarzać energię odnawialną, zmniejszać zużycie wody i zwiększać rentowność gospodarstw.
Rolnicy potrzebują jednak pomocy w określeniu upraw i lokalizacji najlepiej dostosowanych do systemów agrowoltaicznych, a także w projektowaniu i umieszczaniu paneli słonecznych, które utrzymują lub zwiększają plony.
Nowa dotacja w wysokości 10 milionów dolarów z Narodowego Instytutu Żywności i Rolnictwa w Departamencie Rolnictwa Stanów Zjednoczonych pozwoli naukowcom zbadać, jak najlepiej zoptymalizować projektowanie systemów agrowoltaicznych w różnych typach gruntów i scenariuszach klimatycznych.
Głównym instytutem czteroletniego projektu zatytułowanego „Zrównoważona kolokacja rolniczych i fotowoltaicznych systemów elektrycznych” lub SCAPES jest University of Illinois Urbana-Champaign. Instytuty partnerskie obejmują University of Arizona, Colorado State University, Auburn University, University of Illinois Chicago oraz National Renewable Energy Laboratory. Projekt jest finansowany w ramach programu Systemy Zrównoważonego Rolnictwa Instytutu Rolnictwa i Żywności. Uniwersytet Arizony otrzyma stypendium w wysokości 1.725 miliona dolarów.
Zespół badawczy Grega Barrona-Gafforda obejmuje studentów studiów licencjackich i magisterskich UArizona. Barron-Gafford, po prawej, na zdjęciu ze studentami Alyssą Salazar, Leandro Phelps-Garcia i Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, profesor w Szkoła Geografii, Rozwoju i Środowiska Wyższa Szkoła Nauk Społecznych i Behawioralnych, będzie kierownikiem nauk fizycznych w projekcie. W 2017 r. zespół badawczy Barron-Gafford, w skład którego wchodzą studenci studiów licencjackich i magisterskich UArizona, rozpoczął uprawę roślin pod trzymetrowymi panelami słonecznymi na uniwersytecie Biosfera 2 obiekt, w którym Barron-Gafford jest dyrektorem rozwiązań zapewniających odporność na żywność, energię i wodę.
Barron-Gafford prowadził pierwsza ocena danych terenowych agrowoltaiki w Stanach Zjednoczonych. Odkrył, że agrowoltaika zwiększa wydajność zarówno paneli słonecznych, jak i produkcji roślinnej. Woda uwalniana przez rośliny chłodzi panele słoneczne, co zwiększa ich wydajność i moc elektryczną. Cień z paneli zwiększa produktywność roślin i oszczędza wodę, co jest szczególnie ważne, ponieważ zmiana klimatu zwiększa liczbę obszarów podatnych na ekstremalne upały i susze, powiedział Barron-Gafford.
Projekt SCAPES wykorzysta nowe laboratorium edukacyjne o powierzchni 1.5 akrów na Uniwersytecie Arizony jako jedno z trzech ośrodków badawczych w dziedzinie agrowoltaiki – wraz z innymi w Illinois i Kolorado – do oceny reakcji mikroklimatycznych i roślin na obecność paneli słonecznych. Macierze pomiarowe będą zgodne z protokołami opracowanymi przez Barron-Gafford.
W 2017 roku zespół badawczy Barron-Gafford rozpoczął uprawę roślin pod trzymetrowymi panelami słonecznymi w uniwersyteckim obiekcie Biosphere 9.
„Ten program USDA to pierwszy raz, kiedy będziemy mieć naprawdę duże instalacje”, powiedział Barron-Gafford. „Ciągle jesteśmy pytani: „Czy wszystkie te korzyści, które widzisz, nadal występują, gdy zwiększasz skalę lub patrzysz na inne formy rolnictwa?” To właśnie robi ten projekt: przyglądanie się możliwościom i barierom, które wiążą się z tą skalą”.
Dzięki tej dotacji, Barron-Gafford dodał, „będziemy w stanie zmierzyć o wiele więcej upraw żywności na raz. I będziemy mogli wykonać o wiele więcej manipulacji, na przykład zobaczyć, jak bardzo możemy zmniejszyć zużycie wody i nadal zaspokajać potrzeby żywieniowe”.
„Nasz projekt zapewni kompleksową analizę potencjału transformacyjnego agrowoltaiki” – powiedział Madhu Khanna, główny badacz grantu i tymczasowy dyrektor Instytutu Zrównoważonego Rozwoju, Energii i Środowiska Uniwersytetu Illinois Urbana-Champaign. „Naszym celem jest utrzymanie, a nawet zwiększenie plonów, zwiększenie łącznej – żywności i energii elektrycznej – produktywności ziemi oraz dywersyfikacja i zwiększenie zysków rolników dzięki uprawom rzędowym oraz uprawom paszowym i specjalistycznym w różnych środowiskach”.
Andrea Gerlak, profesor UArizona w Szkole Geografii, Rozwoju i Środowiska oraz tymczasowy dyrektor Centrum Studiów nad Polityką Publiczną w Udall, będzie zastępcą dyrektora badań nad naukami społecznymi w ramach projektu. Gerlak i koledzy przeprowadzą grupy fokusowe z różnymi interesariuszami, takimi jak rolnicy, przedstawiciele branży fotowoltaicznej i politycy, aby dowiedzieć się, co kieruje ich decyzjami dotyczącymi korzystania z systemów agrowoltaicznych i jak zmieniają się ich opinie w miarę pojawiania się nowych wyników badań.
Stypendium obejmuje również element edukacyjny dla dzieci w wieku od K-12, studentów i społeczeństwa. Mojżesz Thompson, dyrektor UArizona Program ogrodów społecznościowych i szkolnych, a jego zespół opracował szereg protokołów i planów lekcji, aby zaangażować uczniów i społeczeństwo w ogrody szkolne i laboratoria edukacyjne dla rolnictwa, zainstalowane w Rincon High School/University High School i Manzo Elementary School w zunifikowanym okręgu szkolnym Tucson. We wszystkich trzech ośrodkach badawczych SCAPES będzie wspierał wysiłki na rzecz integracji uczenia się przez doświadczenie i praktycznego.
„Filar „Wielkie Wyzwania” naszego planu strategicznego koncentruje się na wykorzystaniu naszych mocnych stron w badaniach do rozwiązywania problemów na poziomie krajowym i globalnym. Zapewnienie dostępności żywności poprzez wykorzystanie odnawialnego źródła energii jest znakomitym przykładem tego, jak nasi naukowcy opracowują innowacyjne rozwiązania krytycznych problemów” – powiedział rektor University of Arizona ROberta C. Robbinsa. „Bardzo się cieszę, że przełomowa praca dr Barrona-Gafforda posuwa się na wyższy poziom dzięki grantowi z USDA i nie mogę się doczekać, aby podążać za nim, dr Gerlakiem i panem Thompsonem, w miarę postępu tej współpracy”.
- Lori Harwood, Kolegium Nauk Społecznych i Behawioralnych Uniwersytetu Arizony
Zdjęcie u góry: Grant częściowo wesprze wysiłki na rzecz integracji uczenia się przez doświadczenie i praktycznego we wszystkich trzech ośrodkach badawczych SCAPES. Zdjęcie: Program społecznościowy i szkolny Moses Thompson/UArizona