At øge fødevareproduktionens modstandsdygtighed under igangværende klimaændringer og styrke produktionen af vedvarende energi er begge grundlæggende udfordringer i nutidens verden.
Imidlertid bliver solenergiproduktion en stadig mere rentabel anvendelse af dyrkede arealer, hvilket har ført til bekymring for, at solfarme vil fortrænge fødevareproduktionen.
En mulig løsning er agrivoltaics – samlokalisering af landbrug og solcellepaneler – som kan opretholde afgrødeproduktionen, producere vedvarende energi, reducere vandforbruget og øge bedriftens rentabilitet.
Landmænd har dog brug for hjælp til at bestemme de afgrøder og placeringer, der er bedst egnede til agrovoltaiske systemer, såvel som solpaneldesign og placering, der opretholder eller øger afgrødeudbyttet.
En ny bevilling på 10 millioner dollars fra National Institute of Food and Agriculture i det amerikanske landbrugsministerium vil give forskere mulighed for at studere, hvordan man bedst optimerer design til agrovoltaiske systemer i en række forskellige jordtyper og klimascenarier.
Det førende institut på det fireårige projekt, med titlen "Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems", eller SCAPES, er University of Illinois Urbana-Champaign. Partnerinstitutter omfatter University of Arizona, Colorado State University, Auburn University, University of Illinois Chicago og National Renewable Energy Laboratory. Projektet er finansieret gennem programmet Agriculture and Food Research Institute Sustainable Agriculture Systems. University of Arizona vil modtage 1.725 millioner dollars af tilskudsfinansieringen.
Greg Barron-Gaffords forskerhold omfatter UArizona bachelor- og kandidatstuderende. Barron-Gafford, til højre, afbilledet med eleverne Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia og Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, professor i Skolen for Geografi, Udvikling og Miljø College for samfunds- og adfærdsvidenskab, vil være den fysiske videnskabsleder på projektet. I 2017 begyndte Barron-Gaffords forskerhold, som omfatter UArizona bachelor- og kandidatstuderende, at dyrke afgrøder under 9-fods solpaneler på universitetets Biosfære 2 facilitet, hvor Barron-Gafford er direktør for løsninger til fødevare-, energi- og vandmodstandsdygtighed.
Barron-Gafford ledede første feltdatavurdering af agrovoltaik i USA. Han fandt ud af, at agrovoltaik øger effektiviteten af både solpaneler og afgrødeproduktion. Vand frigivet af planter afkøler solpanelerne, hvilket øger deres effektivitet og elektriske output. Skygge fra panelerne øger planteproduktiviteten og sparer vand, hvilket er særligt vigtigt, da klimaændringer øger antallet af områder, der er modtagelige for ekstrem varme og tørke, sagde Barron-Gafford.
SCAPES-projektet vil bruge et nyt 1.5-acre Agrivoltaics Learning Lab ved University of Arizona som et af dets tre agrivoltaics-forskningssteder - med de andre i Illinois og Colorado - til at vurdere mikroklimatiske og planteresponser på tilstedeværelsen af solpaneler. Målearrays vil følge protokoller udviklet af Barron-Gafford.
I 2017 begyndte Barron-Gaffords forskerhold at dyrke afgrøder under 9-fods solpaneler på universitetets Biosphere 2-anlæg.
"Dette USDA-program er første gang, vi skal have virkelig store installationer," sagde Barron-Gafford. "Vi bliver konstant spurgt: 'Går alle disse fordele, du ser, stadig ske, når du skalerer dette op eller ser på andre former for landbrug?" Det er virkelig, hvad dette projekt gør: At se på de muligheder og barrierer, der følger med den skala.”
Med denne bevilling, tilføjede Barron-Gafford, "vil vi være i stand til at måle mange flere madafgrøder på én gang. Og vi vil være i stand til at lave mange flere manipulationer, som at se, hvor meget vi kan skrue ned for vores vandforbrug og stadig opfylde fødevarebehovene."
"Vores projekt vil give en omfattende analyse af det transformative potentiale af agrivoltaics," sagde Madhu Khanna, hovedefterforsker af bevillingen og midlertidig direktør for University of Illinois Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment. "Vores mål er at fastholde eller endda øge afgrødeudbyttet, øge jordens kombinerede - mad og elektricitet - produktivitet og diversificere og øge landmændenes indtjening med rækkeafgrøder og foder- og specialafgrøder på tværs af en række miljøer."
Andrea Gerlak, UArizona-professor på School of Geography, Development and Environment og midlertidig direktør for Udall Center for Studies in Public Policy, bliver vicedirektør for projektets samfundsvidenskabelige forskning. Gerlak og kolleger vil gennemføre fokusgrupper med forskellige interessenter, såsom landmænd, folk fra solenergiindustrien og politikere, for at lære, hvad der driver deres beslutningstagning om brug af agrovoltaiksystemer, og hvordan deres meninger ændrer sig, efterhånden som nye forskningsresultater bliver tilgængelige.
Tilskuddet omfatter også en pædagogisk komponent for K-12 børn, universitetsstuderende og offentligheden. Moses Thompson, direktør for UArizona Samfunds- og skolehaveprogram, og hans team har udviklet en række protokoller og lektionsplaner til at engagere elever og offentligheden med skolehaver og Agrivoltaics Learning Labs installeret på Rincon High School/University High School og Manzo Elementary School i Tucson Unified School District. Han vil støtte indsatsen for at integrere erfaringsbaseret og praktisk læring på alle tre SCAPES-forskningssteder.
"Søjlen 'Grand Challenges' i vores strategiske plan fokuserer på at udnytte vores styrker inden for forskning til at tackle problemer på nationalt og globalt plan. At sikre tilgængeligheden af fødevarer gennem brugen af en vedvarende energikilde er et fremragende eksempel på, hvordan vores forskere udvikler innovative løsninger på kritiske problemer," sagde University of Arizona præsident. Robert C. Robbins. "Jeg er så glad for at se Dr. Barron-Gaffords banebrydende arbejde udvikle sig til næste niveau med denne bevilling fra USDA, og jeg ser frem til at følge ham, Dr. Gerlak og Mr. Thompson, mens dette samarbejde skrider frem."
- Lori Harwood, University of Arizona College of Social and Behavioural Sciences
Foto øverst: Bevillingen vil til dels støtte indsatsen for at integrere erfaringsbaseret og praktisk læring på alle tre SCAPES-forskningssteder. Foto: Moses Thompson/UArizona Community and School Garden Program