تعد زيادة مرونة إنتاج الغذاء أثناء تغير المناخ المستمر وتعزيز إنتاج الطاقة المتجددة من التحديات الأساسية في عالم اليوم.
ومع ذلك ، أصبح توليد الطاقة الشمسية استخدامًا مربحًا بشكل متزايد للأراضي الزراعية ، مما أدى إلى مخاوف من أن المزارع الشمسية ستحل محل إنتاج الغذاء.
أحد الحلول الممكنة هو الخلايا الزراعية - التواجد المشترك بين الألواح الفلطائية الضوئية والزراعية - التي يمكنها الحفاظ على إنتاج المحاصيل ، وإنتاج الطاقة المتجددة ، وتقليل استخدام المياه وزيادة ربحية المزرعة.
ومع ذلك ، يحتاج المزارعون إلى المساعدة في تحديد المحاصيل والمواقع الأكثر ملاءمة للأنظمة الزراعية ، فضلاً عن تصميم الألواح الشمسية ووضعها الذي يحافظ على غلة المحاصيل أو يزيدها.
ستسمح منحة جديدة بقيمة 10 ملايين دولار من المعهد الوطني للأغذية والزراعة في وزارة الزراعة الأمريكية للباحثين بدراسة أفضل طريقة لتحسين تصميم الأنظمة الفلطائية الزراعية في مجموعة متنوعة من أنواع الأراضي وسيناريوهات المناخ.
المعهد الرائد في مشروع مدته أربع سنوات ، بعنوان "الاستدامة الاستدامة لأنظمة الكهرباء الفلطائية الضوئية والزراعية ،" أو SCAPES ، هو جامعة إلينوي أوربانا شامبين. تشمل المعاهد الشريكة جامعة أريزونا وجامعة ولاية كولورادو وجامعة أوبورن وجامعة إلينوي في شيكاغو والمختبر الوطني للطاقة المتجددة. يتم تمويل المشروع من خلال برنامج نظم الزراعة المستدامة التابع لمعهد بحوث الزراعة والأغذية. ستتلقى جامعة أريزونا 1.725 مليون دولار من تمويل المنحة.
يضم فريق بحث Greg Barron-Gafford طلابًا جامعيين وطلاب دراسات عليا في UArizona. بارون جافورد ، إلى اليمين ، في الصورة مع الطلاب أليسا سالازار ولياندرو فيلبس جارسيا وإشعياء بارنيت مورينو.
جريج بارون جافورد ، أستاذ في كلية الجغرافيا والتنمية والبيئة كلية العلوم الاجتماعية والسلوكية، ستكون العلوم الفيزيائية التي تقود المشروع. في عام 2017 ، بدأ فريق البحث التابع لـ Barron-Gafford ، والذي يضم طلابًا جامعيين وطلاب دراسات عليا بجامعة UArizona ، في زراعة المحاصيل تحت مصفوفات الطاقة الشمسية التي يبلغ ارتفاعها 9 أقدام في الجامعة. المحيط الحيوي 2 منشأة ، حيث يعمل بارون جافورد كمدير لحلول الغذاء والطاقة والمياه.
قاد بارون جافورد أول تقييم للبيانات الميدانية للخلايا الزراعية في الولايات المتحدة الأمريكية. وجد أن الخلايا الزراعية تزيد من كفاءة كل من الألواح الشمسية وإنتاج المحاصيل. تعمل المياه التي تطلقها النباتات على تبريد الألواح الشمسية ، مما يزيد من كفاءتها وإنتاجها الكهربائي. قال بارون جافورد إن الظل من الألواح يزيد من إنتاجية النبات ويوفر المياه ، وهو أمر مهم بشكل خاص لأن تغير المناخ يزيد من عدد المناطق المعرضة للحرارة الشديدة والجفاف.
سيستخدم مشروع SCAPES مختبرًا جديدًا للتعلم Agrivoltaics بمساحة 1.5 فدان في جامعة أريزونا كواحد من ثلاثة مواقع بحثية في مجال الطاقة الزراعية - مع المواقع الأخرى في إلينوي وكولورادو - لتقييم استجابات المناخ المحلي والنباتات لوجود الألواح الشمسية. ستتبع مصفوفات القياس البروتوكولات التي طورها Barron-Gafford.
في عام 2017 ، بدأ فريق البحث التابع لـ Barron-Gafford زراعة المحاصيل تحت مصفوفات الطاقة الشمسية التي يبلغ ارتفاعها 9 أقدام في منشأة Biosphere 2 بالجامعة.
قال بارون جافورد: "برنامج وزارة الزراعة الأمريكية هذا هو المرة الأولى التي يكون لدينا فيها منشآت كبيرة حقًا". "يُسألنا باستمرار" هل كل هذه الفوائد التي تراها لا تزال تحدث عندما توسع نطاق هذا أو تبحث في أشكال أخرى من الزراعة؟ " هذا ما يفعله هذا المشروع حقًا: النظر في الفرص والعقبات التي تأتي مع هذا المقياس ".
أضاف بارون-جافورد بهذه المنحة ، "سنكون قادرين على قياس الكثير من المحاصيل الغذائية في وقت واحد. وسنكون قادرين على القيام بالكثير من التلاعبات ، مثل معرفة مقدار ما يمكننا استعادة استخدامنا للمياه وما زلنا نلبي الاحتياجات الغذائية ".
قال Madhu Khanna ، الباحث الرئيسي في المنحة والمدير المؤقت لمعهد Urbana-Champaign للاستدامة والطاقة والبيئة بجامعة إلينوي: "سيوفر مشروعنا تحليلًا شاملاً للإمكانيات التحويلية للخلايا الزراعية". "يتمثل هدفنا في الحفاظ على غلة المحاصيل أو حتى زيادتها ، وزيادة إنتاجية الأرض مجتمعة - الغذاء والكهرباء - وتنويع أرباح المزارعين وزيادتها من خلال المحاصيل الصفية والأعلاف والمحاصيل المتخصصة عبر مجموعة من البيئات."
سيكون أندريا جيرلاك ، أستاذ UArizona في كلية الجغرافيا والتنمية والبيئة والمدير المؤقت لمركز Udall للدراسات في السياسة العامة ، نائب مدير أبحاث العلوم الاجتماعية في المشروع. سيجري جيرلاك وزملاؤه مجموعات تركيز مع أصحاب المصلحة المتنوعين ، مثل المزارعين والعاملين في صناعة الطاقة الشمسية والسياسيين ، لمعرفة ما الذي يدفع اتخاذ قراراتهم بشأن استخدام الأنظمة الزراعية وكيف تتغير آرائهم مع توفر نتائج بحثية جديدة.
تشمل المنحة أيضًا مكونًا تعليميًا لأطفال K-12 وطلاب الجامعات والجمهور. موسى طومسون، مدير UArizona برنامج المجتمع والحديقة المدرسية، وقد طور فريقه سلسلة من البروتوكولات وخطط الدروس لإشراك الطلاب والجمهور في الحدائق المدرسية ومختبرات التعلم Agrivoltaics التي تم تركيبها في مدرسة Rincon High School / University High School ومدرسة Manzo الابتدائية في منطقة Tucson Unified School District. وسيدعم الجهود المبذولة لدمج التعلم التجريبي والعملي في جميع مواقع بحث SCAPES الثلاثة.
تركز ركيزة "التحديات الكبرى" في خطتنا الاستراتيجية على الاستفادة من نقاط قوتنا في البحث لمعالجة المشكلات على المستويين الوطني والعالمي. قال رئيس جامعة أريزونا ، إن ضمان توافر الطعام من خلال استخدام مصدر للطاقة المتجددة هو مثال بارز على كيفية قيام باحثينا بتطوير حلول مبتكرة للمشاكل الحرجة ". Rأوبرت سي روبنز. "يسعدني جدًا أن أرى العمل المتطور للدكتور بارون-جافورد يتقدم إلى المستوى التالي بهذه المنحة من وزارة الزراعة الأمريكية وأتطلع إلى متابعته ، الدكتور جيرلاك والسيد طومسون مع تقدم هذا الجهد التعاوني."
- لوري هاروود ، كلية العلوم الاجتماعية والسلوكية بجامعة أريزونا
الصورة في الأعلى: ستدعم المنحة ، جزئيًا ، الجهود المبذولة لدمج التعلم التجريبي والعملي في جميع مواقع بحث SCAPES الثلاثة. صورة: برنامج Moses Thompson / UArizona المجتمع والحديقة المدرسية