Costruire la resilienza nelle energie rinnovabili e nella produzione alimentare è una sfida fondamentale nel mondo che cambia di oggi, soprattutto nelle regioni sensibili al caldo e alla siccità. Agrivoltaico, la co-locazione di agricoltura e pannelli solari fotovoltaici, offre una possibile soluzione, con la nuova ricerca condotta dall'Università dell'Arizona che riporta impatti positivi sulla produzione alimentare, il risparmio idrico e l'efficienza della produzione di energia elettrica.

Agrivoltaico, noto anche come condivisione solare, è un'idea che sta prendendo piede negli ultimi anni; però, pochi studi hanno monitorato tutti gli aspetti del cibo associato, sistemi energetici e idrici, e nessuno si è concentrato sulle zone aride, regioni che sperimentano sfide di produzione alimentare e scarsità d'acqua, ma hanno una sovrabbondanza di energia solare.

"Molti di noi vogliono più energia rinnovabile, ma dove metti tutti quei pannelli? Man mano che le installazioni solari crescono, tendono ad essere ai margini delle città, e questo è storicamente dove abbiamo già coltivato il nostro cibo, " ha detto Greg Barron-Gafford, un professore associato presso la Scuola di geografia e sviluppo e autore principale del documento che è stato pubblicato oggi in Sostenibilità della natura .

Un recente studio di alto profilo in Natura ha scoperto che gli attuali terreni coltivati ​​sono le "coperture del suolo con il più grande potenziale di energia solare fotovoltaica" sulla base di un'analisi approfondita della luce solare in arrivo, temperatura dell'aria e umidità relativa.

"Quindi quale uso del suolo preferisci:produzione di cibo o energia? Questa sfida colpisce proprio all'intersezione delle connessioni uomo-ambiente, ed è qui che brillano i geografi!" disse Barron-Gafford, che è anche un ricercatore con Biosphere 2. "Abbiamo iniziato a chiedere, "Perché non produci entrambi nello stesso posto?" E abbiamo coltivato colture come i pomodori, peperoni, bietola, cavolo, ed erbe aromatiche all'ombra dei pannelli solari da allora."

Utilizzando il solare fotovoltaico, o fotovoltaico, pannelli e verdure regionali, il team ha creato il primo sito di ricerca agrivoltaico presso Biosphere 2. Professori e studenti, sia laureandi che laureati, ho misurato tutto, da quando le piante germinavano alla quantità di carbonio che le piante stavano risucchiando dall'atmosfera e all'acqua che stavano rilasciando, alla loro produzione alimentare totale durante la stagione di crescita.

Lo studio si è concentrato sul peperoncino chiltepin, jalapeno e piante di pomodoro ciliegino che sono state posizionate sotto un pannello fotovoltaico. Durante la stagione di crescita estiva media di tre mesi, i ricercatori hanno monitorato continuamente i livelli di luce in entrata, temperatura dell'aria e umidità relativa utilizzando sensori montati sopra la superficie del suolo, e la temperatura e l'umidità della superficie del suolo a una profondità di 5 centimetri. Sia l'area di impianto tradizionale che il sistema agrivoltaico hanno ricevuto tassi di irrigazione uguali e sono stati testati utilizzando due scenari di irrigazione:irrigazione giornaliera e irrigazione ogni due giorni.

Hanno scoperto che il sistema agrivoltaico ha avuto un impatto significativo su tre fattori che influenzano la crescita e la riproduzione delle piante:temperature dell'aria, luce solare diretta e richiesta atmosferica di acqua. L'ombra fornita dai pannelli fotovoltaici ha portato a temperature diurne più fresche e temperature notturne più calde rispetto al tradizionale, impianto a cielo aperto. C'era anche un minor deficit di tensione di vapore nel sistema agrivoltaico, il che significa che c'era più umidità nell'aria.

"Abbiamo scoperto che molte delle nostre colture alimentari fanno meglio all'ombra dei pannelli solari perché sono risparmiate dal sole diretto, " disse Baron-Gafford. "In effetti, la produzione totale di frutta chiltepin è stata tre volte maggiore sotto i pannelli fotovoltaici in un sistema agrivoltaico, e la produzione di pomodori è stata doppia!"

Jalapenos ha prodotto una quantità di frutta simile sia nel sistema agrivoltaico che nella trama tradizionale, ma lo ha fatto con il 65% in meno di perdita di acqua per traspirazione.

"Allo stesso tempo, abbiamo scoperto che ogni evento di irrigazione può supportare la crescita delle colture per giorni, non solo ore, come nelle pratiche agricole correnti. Questa scoperta suggerisce che potremmo ridurre il nostro consumo di acqua ma mantenere comunque i livelli di produzione alimentare, " Barron-Gafford ha aggiunto, notando che l'umidità del suolo è rimasta circa il 15% superiore nel sistema agrivoltaico rispetto al terreno di controllo durante l'irrigazione a giorni alterni.

Oltre ai benefici per le piante, i ricercatori hanno anche scoperto che il sistema agrivoltaico ha aumentato l'efficienza della produzione di energia. I pannelli solari sono intrinsecamente sensibili alla temperatura, poiché si riscaldano, la loro efficienza diminuisce. Coltivando le colture sotto i pannelli fotovoltaici, i ricercatori sono stati in grado di ridurre la temperatura dei pannelli.

"Quei pannelli solari surriscaldati sono in realtà raffreddati dal fatto che le colture sottostanti emettono acqua attraverso il loro naturale processo di traspirazione, proprio come i signori nel patio del tuo ristorante preferito, " disse Barron-Gafford. "Tutto sommato, questo è un vantaggio per tutti in termini di miglioramento del modo in cui coltiviamo il nostro cibo, utilizzare le nostre preziose risorse idriche, e produrre energia rinnovabile”.

La ricerca di Barron-Gafford sull'agrivoltaico si è ampliata fino a includere diverse installazioni solari nel distretto scolastico di Tucson Unified, o USD, terra. Mosè Thompson, che divide il suo tempo tra il TUSD e la UA School of Geography and Development, rileva che il team sta anche utilizzando le installazioni solari TUSD per interagire con gli studenti delle scuole primarie e secondarie.

"Ciò che mi attira di questo lavoro è ciò che accade allo studente K-12 quando il loro coinvolgimento è consequenziale e la ricerca vive nella loro comunità, " ha detto Thompson. "Questo cambiamento nelle dinamiche crea studenti che si sentono liberi di affrontare grandi sfide come il cambiamento climatico".

Gli autori affermano che sono necessarie ulteriori ricerche con specie di piante aggiuntive. Notano anche l'impatto attualmente inesplorato che l'agrivoltaggio potrebbe avere sul benessere fisico e sociale dei braccianti agricoli. I dati preliminari mostrano che la temperatura della pelle può essere di circa 18 gradi Fahrenheit più fresca quando si lavora in un'area agrivoltaica rispetto all'agricoltura tradizionale.

"Il cambiamento climatico sta già interrompendo la produzione alimentare e la salute dei lavoratori agricoli in Arizona, "ha detto Gary Nabhan, un agroecologo nell'UA Southwest Center e coautore del documento. "Gli Stati Uniti sud-occidentali vedono molti colpi di calore e decessi legati al caldo tra i nostri braccianti agricoli; questo potrebbe avere un impatto diretto lì, pure."

Barron-Gafford e il team stanno ora lavorando con il National Renewable Energy Lab del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per valutare come un approccio agrivoltaico possa funzionare in altre regioni del paese e come le politiche regionali possano promuovere l'adozione di nuovi approcci per risolvere questi problemi pervasivi.

"Questa è l'innovazione UA al suo meglio:un team interdisciplinare di ricercatori che lavora per affrontare alcuni dei nostri dilemmi ambientali più impegnativi, " ha detto il co-autore Andrea Gerlak, professore alla Scuola di Geografia e Sviluppo del Collegio di Scienze Sociali e Comportamentali. "Immagina l'impatto che possiamo avere nella nostra comunità, e nel resto del mondo, pensando in modo più creativo all'agricoltura e alla produzione di energia rinnovabile insieme".