Å øke motstandskraften til matproduksjon under pågående klimaendringer og å styrke produksjonen av fornybar energi er begge grunnleggende utfordringer i dagens verden.
Generering av solenergi blir imidlertid en stadig mer lønnsom bruk for dyrket mark, noe som har ført til bekymring for at solfarmer vil fortrenge matproduksjon.
En mulig løsning er agrivoltaics – samlokalisering av landbruk og solcellepaneler – som kan opprettholde avlingsproduksjon, produsere fornybar energi, redusere vannbruken og øke gårdslønnsomheten.
Bønder trenger imidlertid hjelp til å bestemme avlingene og plasseringene som er best egnet for agrivoltaiske systemer, samt solcellepaneldesign og plassering som opprettholder eller øker avlingene.
Et nytt stipend på 10 millioner dollar fra National Institute of Food and Agriculture i US Department of Agriculture vil tillate forskere å studere hvordan man best kan optimalisere design for agrovoltaiske systemer i en rekke landtyper og klimascenarier.
Hovedinstituttet for det fireårige prosjektet, med tittelen "Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems," eller SCAPES, er University of Illinois Urbana-Champaign. Partnerinstitutter inkluderer University of Arizona, Colorado State University, Auburn University, University of Illinois Chicago og National Renewable Energy Laboratory. Prosjektet er finansiert gjennom programmet Agriculture and Food Research Institute Sustainable Agriculture Systems. University of Arizona vil motta 1.725 millioner dollar av tilskuddsfinansieringen.
Greg Barron-Gaffords forskerteam inkluderer UArizona studenter og hovedfagsstudenter. Barron-Gafford, til høyre, avbildet med studentene Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia og Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, professor i Skolen for geografi, utvikling og miljø College of Social and Behavioural Sciences, vil være fysisk vitenskapsleder på prosjektet. I 2017 begynte Barron-Gaffords forskerteam, som inkluderer UArizona studenter og doktorgradsstudenter, å dyrke avlinger under 9-fots solcellepaneler ved universitetets Biosphere 2 anlegget, der Barron-Gafford er direktør for løsninger for mat, energi og vannresiliens.
Barron-Gafford ledet første feltdatavurdering av agrivoltaikk i USA. Han fant ut at agrivoltaics øker effektiviteten til både solcellepaneler og avlingsproduksjon. Vann som frigjøres av planter kjøler ned solcellepanelene, noe som øker effektiviteten og den elektriske effekten. Skygge fra panelene øker planteproduktiviteten og sparer vann, noe som er spesielt viktig ettersom klimaendringer øker antallet områder som er utsatt for ekstrem varme og tørke, sa Barron-Gafford.
SCAPES-prosjektet vil bruke et nytt 1.5-acre Agrivoltaics Learning Lab ved University of Arizona som et av dets tre agrivoltaics-forskningssteder – med de andre i Illinois og Colorado – for å vurdere mikroklimatiske og planteresponser på tilstedeværelsen av solcellepaneler. Målematrisene vil følge protokoller utviklet av Barron-Gafford.
I 2017 begynte Barron-Gaffords forskerteam å dyrke avlinger under 9-fots solcellepaneler ved universitetets Biosphere 2-anlegg.
"Dette USDA-programmet er første gang vi skal ha virkelig store installasjoner," sa Barron-Gafford. "Vi blir stadig spurt om alle disse fordelene du ser fortsatt skjer når du skalerer dette opp eller ser på andre former for landbruk?" Det er egentlig det dette prosjektet gjør: Å se på mulighetene og barrierene som følger med den skalaen.»
Med dette tilskuddet, la Barron-Gafford til, "vil vi være i stand til å måle mye flere matavlinger på en gang. Og vi vil være i stand til å gjøre mye mer manipulasjoner, som å se hvor mye vi kan redusere vannforbruket vårt og fortsatt dekke matbehov.»
"Prosjektet vårt vil gi en omfattende analyse av det transformative potensialet til agrivoltaics," sa Madhu Khanna, hovedetterforsker for tilskuddet og midlertidig direktør ved University of Illinois Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy and Environment. "Målet vårt er å opprettholde eller til og med øke avlingen, øke den kombinerte – mat og elektrisitet – produktiviteten til land, og diversifisere og øke bøndenes fortjeneste med radavlinger og grovfôr og spesialvekster på tvers av en rekke miljøer."
Andrea Gerlak, UArizona-professor ved School of Geography, Development and Environment og midlertidig direktør for Udall Center for Studies in Public Policy, vil være nestleder for prosjektets samfunnsvitenskapelige forskning. Gerlak og kollegaer vil gjennomføre fokusgrupper med ulike interessenter, som bønder, folk i solenergiindustrien og politikere, for å lære hva som driver beslutningsprosessen deres om bruk av agrovoltaiske systemer og hvordan deres meninger endres etter hvert som nye forskningsresultater blir tilgjengelige.
Tilskuddet inkluderer også en pedagogisk komponent for K-12-barn, studenter og publikum. Moses Thompson, direktør for UArizona Samfunns- og skolehageprogram, og teamet hans har utviklet en rekke protokoller og leksjonsplaner for å engasjere studenter og publikum med skolehager og Agrivoltaics Learning Labs installert ved Rincon High School/University High School og Manzo Elementary School i Tucson Unified School District. Han vil støtte arbeidet med å integrere erfaringsbasert og praktisk læring på alle tre SCAPES-forskningsstedene.
«Grand Challenges»-pilaren i vår strategiske plan fokuserer på å utnytte våre styrker innen forskning for å takle problemer på nasjonalt og globalt nivå. Å sikre tilgjengeligheten av mat gjennom bruk av en fornybar energikilde er et enestående eksempel på hvordan våre forskere utvikler innovative løsninger på kritiske problemer, sa presidenten ved University of Arizona. Robert C. Robbins. "Jeg er så glad for å se Dr. Barron-Gaffords banebrytende arbeid gå videre til neste nivå med denne bevilgningen fra USDA, og jeg ser frem til å følge ham, Dr. Gerlak og Mr. Thompson mens dette samarbeidet skrider frem."
- Lori Harwood, University of Arizona College of Social and Behavioral Sciences
Foto øverst: Bevilgningen vil delvis støtte arbeidet med å integrere erfaringsbasert og praktisk læring på alle tre SCAPES-forskningsstedene. Foto: Moses Thompson/UArizona Community and School Garden Program