Повышение устойчивости производства продуктов питания в условиях продолжающегося изменения климата и поддержка производства возобновляемой энергии являются фундаментальными проблемами в современном мире.
Однако производство солнечной энергии становится все более выгодным использованием пахотных земель, что вызывает опасения, что солнечные фермы вытеснят производство продуктов питания.
Одним из возможных решений является агроэлектроэнергетика — совместное размещение сельского хозяйства и солнечных фотоэлектрических панелей, которое может поддерживать урожайность, производить возобновляемую энергию, снижать потребление воды и повышать прибыльность фермы.
Однако фермерам нужна помощь в определении культур и мест, наиболее подходящих для агроэлектрических систем, а также в проектировании и размещении солнечных батарей, которые поддерживают или повышают урожайность.
Новый грант в размере 10 миллионов долларов от Национального института продовольствия и сельского хозяйства при Министерстве сельского хозяйства США позволит исследователям изучить, как лучше всего оптимизировать конструкцию агроэлектрических систем для различных типов земель и климатических сценариев.
Ведущим институтом четырехлетнего проекта под названием «Устойчивое совместное размещение сельскохозяйственных и фотоэлектрических систем электроснабжения» или SCAPES является Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне. Институты-партнеры включают Университет Аризоны, Государственный университет Колорадо, Обернский университет, Иллинойский университет в Чикаго и Национальную лабораторию возобновляемых источников энергии. Проект финансируется в рамках программы Устойчивых сельскохозяйственных систем Научно-исследовательского института сельского хозяйства и продовольствия. Университет Аризоны получит грант в размере 1.725 миллиона долларов.
В исследовательскую группу Грега Бэррона-Гаффорда входят студенты и аспиранты Университета штата Аризона. Бэррон-Гаффорд (справа) со студентами Алиссой Салазар, Леандро Фелпс-Гарсия и Исайей Барнетт-Морено.
Грег Бэррон-Гаффорд, профессор Школа географии, развития и окружающей среды Колледж социальных и поведенческих наук, будет руководить проектом в области физических наук. В 2017 году исследовательская группа Бэррона-Гаффорда, в которую входят студенты и аспиранты Университета Аризоны, начала выращивать сельскохозяйственные культуры под 9-футовыми солнечными батареями на территории университета. Биосфера 2 предприятие, где Бэррон-Гаффорд является директором по решениям по обеспечению устойчивости пищевых продуктов, энергии и воды.
Бэррон-Гаффорд возглавил первая полевая оценка агровольтаики В Соединенных Штатах. Он обнаружил, что агроэлектроэнергетика повышает эффективность как солнечных батарей, так и урожайности. Вода, выделяемая растениями, охлаждает солнечные панели, что повышает их эффективность и электрическую мощность. По словам Бэррон-Гаффорд, тень от панелей повышает продуктивность растений и экономит воду, что особенно важно, поскольку изменение климата увеличивает количество районов, подверженных экстремальной жаре и засухе.
Проект SCAPES будет использовать новую учебную лабораторию по агроэлектроэнергетике площадью 1.5 акра в Университете Аризоны в качестве одного из трех исследовательских центров в области агроэнергетики — с другими в Иллинойсе и Колорадо — для оценки реакции микроклимата и растений на присутствие солнечных батарей. Массивы измерений будут следовать протоколам, разработанным Barron-Gafford.
В 2017 году исследовательская группа Бэррона-Гаффорда начала выращивать сельскохозяйственные культуры под 9-футовыми солнечными батареями на университетском объекте «Биосфера 2».
«Эта программа Министерства сельского хозяйства США — это первый раз, когда у нас будут действительно большие установки, — сказал Бэррон-Гаффорд. «Нас постоянно спрашивают: «По-прежнему ли сохраняются все те преимущества, которые вы видите, когда вы расширяете масштабы или смотрите на другие формы сельского хозяйства?» Это действительно то, что делает этот проект: рассмотрение возможностей и барьеров, связанных с таким масштабом».
С этим грантом, добавил Бэррон-Гаффорд, «мы сможем одновременно измерять гораздо больше продовольственных культур. И мы сможем делать гораздо больше манипуляций, например, посмотреть, насколько мы можем сократить потребление воды и по-прежнему удовлетворять потребности в еде».
«Наш проект предоставит всесторонний анализ преобразующего потенциала агроэлектроэнергетики», — сказал Мадху Кханна, главный исследователь гранта и исполняющий обязанности директора Института устойчивого развития, энергетики и окружающей среды Урбана-Шампейн Университета Иллинойса. «Наша цель — сохранить или даже увеличить урожайность, увеличить совокупную — продовольственную и электрическую — продуктивность земли, а также диверсифицировать и увеличить прибыль фермеров за счет выращивания пропашных, фуражных и специальных культур в различных условиях».
Андреа Герлак, профессор Школы географии, развития и окружающей среды Университета Аризоны и исполняющая обязанности директора Центра исследований в области государственной политики в Удалле, будет заместителем директора проекта по исследованиям в области социальных наук. Герлак и его коллеги проведут фокус-группы с участием различных заинтересованных сторон, таких как фермеры, представители солнечной отрасли и политики, чтобы узнать, что влияет на принятие ими решений об использовании агроэлектрических систем, и как их мнения меняются по мере появления новых результатов исследований.
Грант также включает образовательный компонент для детей K-12, студентов колледжей и общественности. Моисей Томпсон, директор UA Arizona Программа общественного и школьного сада, и его команда разработали серию протоколов и планов уроков для привлечения учащихся и общественности к школьным садам и учебным лабораториям по агровольтаике, установленным в средней школе/университетской средней школе Ринкон и начальной школе Манзо в объединенном школьном округе Тусона. Он поддержит усилия по интеграции экспериментального и практического обучения во всех трех исследовательских центрах SCAPES.
«Столб «Большие вызовы» нашего стратегического плана направлен на использование наших сильных сторон в исследованиях для решения проблем на национальном и глобальном уровнях. Обеспечение доступности продуктов питания за счет использования возобновляемых источников энергии — выдающийся пример того, как наши исследователи разрабатывают инновационные решения критических проблем», — сказал президент Аризонского университета. Rоберт С. 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 последовать за ним, доктором Герлаком и мистером Томпсоном по мере развития этой совместной работы».
– 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/UA Arizona Community and School Garden Programme
