Повышение устойчивости производства продуктов питания в условиях продолжающегося изменения климата и поддержка производства возобновляемой энергии являются фундаментальными задачами сегодняшнего мира.
Однако производство солнечной энергии становится все более прибыльным видом использования пахотных земель, что вызывает опасения, что солнечные фермы вытеснят производство продуктов питания.
Одним из возможных решений является агривольтаика – совместное размещение сельского хозяйства и солнечных фотоэлектрических панелей – которая может поддерживать производство сельскохозяйственных культур, производить возобновляемую энергию, снижать потребление воды и повышать прибыльность ферм.
Однако фермерам нужна помощь в определении культур и мест, наиболее подходящих для агроэлектрических систем, а также в проектировании и размещении солнечных панелей, которые сохранят или повысят урожайность.
Новый грант в размере 10 миллионов долларов от Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США позволит исследователям изучить, как лучше всего оптимизировать конструкцию агроэлектрических систем в различных типах земель и климатических сценариях.
Ведущим институтом четырехлетнего проекта под названием «Устойчивое сочетание сельскохозяйственных и фотоэлектрических электроэнергетических систем» (SCAPES) является Университет Иллинойса Урбана-Шампейн. В число партнерских институтов входят Университет Аризоны, Государственный университет Колорадо, Обернский университет, Иллинойский университет в Чикаго и Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Проект финансируется в рамках программы Устойчивых сельскохозяйственных систем Института сельскохозяйственных и пищевых исследований. Университет Аризоны получит 1.725 миллиона долларов из грантового финансирования.
В исследовательскую группу Грега Бэррона-Гаффорда входят студенты и аспиранты Университета Аризоны. Бэррон-Гаффорд (справа) на фото со студентами Алиссой Салазар, Леандро Фелпс-Гарсиа и Исайей Барнетт-Морено.
Грег Бэррон-Гаффорд, профессор Школа географии, развития и окружающей среды Колледж социальных и поведенческих наук, будет руководить проектом по физике. В 2017 году исследовательская группа Бэррон-Гаффорда, в которую входят студенты и аспиранты Университета Аризоны, начала выращивать сельскохозяйственные культуры под 9-футовыми солнечными батареями на территории университета. Биосфера 2 объект, где Бэррон-Гаффорд является директором по решениям в области пищевой, энергетической и водной устойчивости.
Бэррон-Гаффорд возглавил первая оценка полевых данных агровольтаики В Соединенных Штатах. Он обнаружил, что агривольтаика повышает эффективность как солнечных панелей, так и растениеводства. Вода, выделяемая растениями, охлаждает солнечные панели, что повышает их эффективность и электрическую мощность. По словам Бэррон-Гаффорд, затенение от панелей повышает продуктивность растений и экономит воду, что особенно важно, поскольку изменение климата увеличивает количество территорий, подверженных сильной жаре и засухе.
Проект SCAPES будет использовать новую лабораторию обучения агровольтаике площадью 1.5 акра в Университете Аризоны в качестве одной из трех исследовательских площадок в области агровольтаики (вместе с остальными в Иллинойсе и Колорадо) для оценки микроклимата и реакции растений на присутствие солнечных панелей. Измерительные массивы будут соответствовать протоколам, разработанным Барроном-Гаффордом.
В 2017 году исследовательская группа Бэррон-Гаффорда начала выращивать сельскохозяйственные культуры под 9-футовыми солнечными батареями на университетском объекте «Биосфера-2».
«Эта программа Министерства сельского хозяйства США – это первый случай, когда у нас будут действительно крупные установки», – сказал Бэррон-Гаффорд. «Нас постоянно спрашивают: «Все ли те преимущества, которые вы видите, все еще проявляются, когда вы увеличиваете масштабы или смотрите на другие формы сельского хозяйства?» Именно этим и занимается этот проект: изучает возможности и препятствия, связанные с таким масштабом».
Благодаря этому гранту, добавил Бэррон-Гаффорд, «мы сможем измерять гораздо больше продовольственных культур одновременно. И мы сможем делать гораздо больше манипуляций, например, посмотреть, насколько мы сможем сократить потребление воды и при этом удовлетворить потребности в продовольствии».
«Наш проект обеспечит всесторонний анализ преобразующего потенциала агровольтаики», — сказал Мадху Кханна, главный исследователь гранта и временный директор Института устойчивого развития, энергетики и окружающей среды Урбаны-Шампейна Университета Иллинойса. «Наша цель — сохранить или даже увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, повысить совокупную продуктивность земли (продовольствие и электроэнергию), а также диверсифицировать и увеличить прибыль фермеров за счет пропашных, кормовых и специальных культур в различных условиях».
Андреа Герлак, профессор Школы географии, развития и окружающей среды Университета Аризоны и временный директор Центра исследований государственной политики Удалла, будет заместителем директора по исследованиям в области социальных наук в рамках проекта. Герлак и его коллеги проведут фокус-группы с участием различных заинтересованных сторон, таких как фермеры, представители солнечной отрасли и политики, чтобы узнать, что движет ими при принятии решений об использовании агровольтаических систем и как их мнения меняются по мере появления новых результатов исследований.
Грант также включает образовательный компонент для детей до 12 лет, студентов колледжей и общественности. Мозес Томпсон, директор Университета Аризоны Программа общественных и школьных садови его команда разработали серию протоколов и планов уроков для привлечения учащихся и общественности к школьным садам и лабораториям обучения агривольтаике, установленным в средней школе Ринкон/средней школе университета и начальной школе Манзо в Объединенном школьном округе Тусона. Он будет поддерживать усилия по интеграции экспериментального и практического обучения на всех трех исследовательских площадках SCAPES.
«Основной элемент нашего стратегического плана «Большие вызовы» фокусируется на использовании наших сильных сторон в исследованиях для решения проблем на национальном и глобальном уровнях. Обеспечение доступности продуктов питания за счет использования возобновляемых источников энергии является выдающимся примером того, как наши исследователи разрабатывают инновационные решения важнейших проблем», — сказал президент Университета Аризоны. RОберт К. Роббинс. «Я так рад видеть, что передовая работа доктора Бэррона-Гаффорда выходит на новый уровень благодаря этому гранту Министерства сельского хозяйства США, и я с нетерпением жду возможности следовать за ним, доктором Герлаком и г-ном Томпсоном по мере продвижения этих совместных усилий».
– Лори Харвуд, Колледж социальных и поведенческих наук Университета Аризоны
Фото вверху: Грант частично поддержит усилия по интеграции экспериментального и практического обучения на всех трех исследовательских площадках SCAPES. Фото: Мозес Томпсон / Программа сообщества и школьных садов Университета Аризоны