Het vergroten van de veerkracht van de voedselproductie tijdens de voortdurende klimaatverandering en het versterken van de productie van hernieuwbare energie zijn beide fundamentele uitdagingen in de wereld van vandaag.
Opwekking van zonne-energie wordt echter een steeds winstgevender gebruik voor akkerland, wat heeft geleid tot bezorgdheid dat zonneparken de voedselproductie zullen verdringen.
Een mogelijke oplossing is agrivoltaïsche energie - de co-locatie van landbouw en fotovoltaïsche zonnepanelen - die de gewasproductie kan handhaven, hernieuwbare energie kan produceren, het waterverbruik kan verlagen en de winstgevendheid van de boerderij kan vergroten.
Boeren hebben echter hulp nodig bij het bepalen van de gewassen en locaties die het meest geschikt zijn voor agrivoltaïsche systemen, evenals het ontwerp en de plaatsing van zonnepanelen die de gewasopbrengst behouden of verhogen.
Een nieuwe subsidie van $ 10 miljoen van het National Institute of Food and Agriculture van het Amerikaanse ministerie van landbouw stelt onderzoekers in staat om te bestuderen hoe het ontwerp voor agrivoltaïsche systemen het beste kan worden geoptimaliseerd in verschillende landtypen en klimaatscenario's.
Het leidende instituut van het vierjarige project, getiteld "Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems", of SCAPES, is de Urbana-Champaign van de Universiteit van Illinois. Partnerinstituten zijn onder meer de University of Arizona, Colorado State University, Auburn University, de University of Illinois Chicago en het National Renewable Energy Laboratory. Het project wordt gefinancierd via het programma Sustainable Agriculture Systems van het Agriculture and Food Research Institute. De Universiteit van Arizona ontvangt $ 1.725 miljoen van de subsidie.
Het onderzoeksteam van Greg Barron-Gafford omvat niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten van UArizona. Barron-Gafford, rechts, afgebeeld met studenten Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia en Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, professor in de School voor Geografie, Ontwikkeling en Milieu College van sociale en gedragswetenschappen, zal de natuurwetenschappelijke leider van het project zijn. In 2017 begon het onderzoeksteam van Barron-Gafford, dat bestaat uit niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten van UArizona, gewassen te telen onder 9-voet zonnepanelen op het universiteitsgebouw. Biosfeer 2 faciliteit, waar Barron-Gafford de directeur is van oplossingen voor voedsel-, energie- en waterbestendigheid.
Barron-Gafford leidde de eerste veldgegevensbeoordeling van agrivoltaïsche energie in de Verenigde Staten. Hij ontdekte dat agrivoltaïsche energie de efficiëntie van zowel de zonnepanelen als de gewasproductie verhoogt. Water dat door planten vrijkomt, koelt de zonnepanelen, waardoor hun efficiëntie en elektrisch vermogen toenemen. Schaduw van de panelen verhoogt de plantproductiviteit en bespaart water, wat vooral belangrijk is omdat klimaatverandering het aantal gebieden vergroot dat vatbaar is voor extreme hitte en droogte, zei Barron-Gafford.
Het SCAPES-project zal een nieuw Agrivoltaics Learning Lab van 1.5 hectare aan de Universiteit van Arizona gebruiken als een van de drie agrivoltaics-onderzoekslocaties - met de andere in Illinois en Colorado - om microklimatologische en plantreacties op de aanwezigheid van zonnepanelen te beoordelen. De meetarrays zullen protocollen volgen die zijn ontwikkeld door Barron-Gafford.
In 2017 begon het onderzoeksteam van Barron-Gafford met het telen van gewassen onder 9-voet zonnepanelen in de Biosphere 2-faciliteit van de universiteit.
"Dit USDA-programma is de eerste keer dat we echt grote installaties hebben", zei Barron-Gafford. “We krijgen constant de vraag: 'Gebeurt al deze voordelen die je ziet nog steeds als je dit opschaalt of naar andere vormen van landbouw kijkt?' Dat is echt wat dit project doet: kijken naar de kansen en barrières die met die schaal gepaard gaan.”
Met deze subsidie, voegde Barron-Gafford eraan toe, "zullen we veel meer voedselgewassen tegelijk kunnen meten. En we zullen nog veel meer manipulaties kunnen doen, zoals zien hoeveel we ons waterverbruik kunnen terugdraaien en toch aan de voedselbehoeften kunnen voldoen."
"Ons project zal een uitgebreide analyse bieden van het transformatieve potentieel van agrivoltaics", zegt Madhu Khanna, hoofdonderzoeker van de subsidie en interim-directeur van het Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment van de University of Illinois. "Ons doel is om de gewasopbrengst te behouden of zelfs te verhogen, de gecombineerde - voedsel en elektriciteit - productiviteit van land te verhogen en de winst van boeren te diversifiëren en te vergroten met rijgewassen en voedergewassen en speciale gewassen in een reeks van omgevingen."
Andrea Gerlak, UArizona-professor aan de School of Geography, Development and Environment en interim-directeur van het Udall Center for Studies in Public Policy, wordt de plaatsvervangend directeur van het sociaalwetenschappelijk onderzoek van het project. Gerlak en collega's zullen focusgroepen leiden met diverse belanghebbenden, zoals boeren, mensen uit de zonne-energiesector en politici, om te leren wat hun besluitvorming over het gebruik van agrivoltaïsche systemen drijft en hoe hun meningen veranderen als nieuwe onderzoeksresultaten beschikbaar komen.
De beurs omvat ook een educatieve component voor K-12-kinderen, studenten en het publiek. Mozes Thompson, directeur van de UArizona Programma voor gemeenschaps- en schooltuin, en zijn team hebben een reeks protocollen en lesplannen ontwikkeld om studenten en het publiek te betrekken bij schooltuinen en de Agrivoltaics Learning Labs die zijn geïnstalleerd op Rincon High School/University High School en Manzo Elementary School in het Tucson Unified School District. Hij zal de inspanningen ondersteunen om ervaringsgericht en praktisch leren te integreren op alle drie de SCAPES-onderzoekssites.
“De pijler 'Grand Challenges' van ons strategisch plan richt zich op het benutten van onze sterke punten in onderzoek om problemen op nationaal en mondiaal niveau aan te pakken. Het verzekeren van de beschikbaarheid van voedsel door het gebruik van een hernieuwbare energiebron is een uitstekend voorbeeld van hoe onze onderzoekers innovatieve oplossingen ontwikkelen voor kritieke problemen”, aldus de voorzitter van de Universiteit van Arizona. Robert C. Robbins. "Ik ben zo blij om het baanbrekende werk van Dr. Barron-Gafford naar een hoger niveau te zien komen met deze beurs van de USDA en ik kijk ernaar uit om hem, Dr. Gerlak en Mr. Thompson te volgen naarmate deze samenwerking vordert."
- Lori Harwood, Universiteit van Arizona College voor Sociale en Gedragswetenschappen
Foto bovenaan: De subsidie zal gedeeltelijk de inspanningen ondersteunen om ervaringsgericht en praktisch leren te integreren op alle drie de SCAPES-onderzoekslocaties. Foto: Moses Thompson/UArizona Community en School Garden-programma