הגברת הגמישות של ייצור מזון במהלך שינויי אקלים מתמשכים וחיזוק ייצור אנרגיה מתחדשת הם שני האתגרים הבסיסיים בעולם של היום.
עם זאת, ייצור אנרגיה סולארית הופך לשימוש יותר ויותר רווחי לאדמות גידולים, מה שהוביל לחשש כי חוות סולאריות יעקרו את ייצור המזון.
פתרון אפשרי אחד הוא אגרי-וולטאיקה - מיקום משותף של חקלאות ופאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים - שיכולים לשמור על ייצור יבולים, לייצר אנרגיה מתחדשת, להפחית את צריכת המים ולהגדיל את הרווחיות של החווה.
חקלאים זקוקים לסיוע, עם זאת, בקביעת היבולים והמיקומים המתאימים ביותר למערכות חקלאיות, כמו גם תכנון והצבת פאנלים סולאריים השומרים או מגדילים את תפוקת היבול.
מענק חדש של 10 מיליון דולר מהמכון הלאומי למזון וחקלאות במשרד החקלאות האמריקאי יאפשר לחוקרים ללמוד כיצד לייעל את התכנון בצורה הטובה ביותר עבור מערכות חקלאות במגוון סוגי קרקע ותרחישי אקלים.
המכון המוביל בפרויקט בן ארבע השנים, שכותרתו "Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems", או SCAPES, הוא אוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין. מכונים שותפים כוללים את אוניברסיטת אריזונה, אוניברסיטת קולורדו סטייט, אוניברסיטת אובורן, אוניברסיטת אילינוי שיקגו והמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת. הפרויקט ממומן באמצעות תוכנית מערכות חקלאות בת קיימא של מכון המחקר לחקלאות ומזון. אוניברסיטת אריזונה תקבל 1.725 מיליון דולר ממימון המענק.
צוות המחקר של גרג בארון-גפורד כולל סטודנטים לתואר ראשון ותואר שני ב-UArizona. בארון-גפורד, מימין, בתמונה עם הסטודנטים אליסה סלזאר, ליאנדרו פלפס-גרסיה וישעיהו בארנט-מורנו.
גרג בארון-גפורד, פרופסור ב- בית ספר לגיאוגרפיה, פיתוח וסביבה המכללה למדעי החברה וההתנהגות, יהיה מוביל מדעי הפיזיקה בפרויקט. בשנת 2017, צוות המחקר של בארון-גפורד, הכולל סטודנטים לתואר ראשון ושני, החל לגדל יבולים מתחת למערכים סולאריים בגובה 9 רגל באוניברסיטה של האוניברסיטה. ביוספרה 2 מתקן, שבו Barron-Gafford היא המנהלת של פתרונות חוסן מזון, אנרגיה ומים.
בארון-גפורד הוביל את הערכת נתוני שטח ראשונה של חקלאות בארצות הברית. הוא מצא כי אגריוולטאיקה מגבירה את היעילות הן של הפאנלים הסולאריים והן של ייצור היבול. מים המשתחררים על ידי צמחים מקררים את הפאנלים הסולאריים, מה שמגביר את יעילותם ותפוקת החשמל שלהם. צל מהפאנלים מגביר את פרודוקטיביות הצמח וחוסך במים, וזה חשוב במיוחד מכיוון ששינויי האקלים מגדילים את מספר האזורים הרגישים לחום קיצוני ובצורת, אמר בארון-גפורד.
פרויקט SCAPES ישתמש במעבדה חדשה של 1.5 דונם ללימוד אגריוולטאיקה באוניברסיטת אריזונה כאחד משלושת אתרי המחקר החקלאיים שלה - עם האחרים באילינוי ובקולורדו - כדי להעריך תגובות מיקרו-אקלים וצמחים לנוכחות של פאנלים סולאריים. מערכי המדידה יפעלו לפי פרוטוקולים שפותחו על ידי Barron-Gafford.
בשנת 2017, צוות המחקר של Barron-Gafford החל לגדל יבולים מתחת למערכים סולאריים של 9 רגל במתקן הביוספירה 2 של האוניברסיטה.
"תוכנית USDA זו הפעם הראשונה בה יהיו לנו התקנות גדולות באמת," אמר בארון-גפורד. "אנחנו כל הזמן נשאלים 'האם כל היתרונות האלה שאתה רואה עדיין קורים כשאתה מגדיל את זה או מסתכל על צורות אחרות של חקלאות?' זה באמת מה שהפרויקט הזה עושה: מסתכלים על ההזדמנויות והחסמים שמגיעים עם קנה המידה הזה".
עם המענק הזה, הוסיפה בארון-גפורד, "נוכל למדוד הרבה יותר יבולי מזון בבת אחת. ונוכל לעשות הרבה יותר מניפולציות, כמו לראות עד כמה אנחנו יכולים להחזיר את צריכת המים שלנו ועדיין לענות על צורכי המזון".
"הפרויקט שלנו יספק ניתוח מקיף של הפוטנציאל הטרנספורמטיבי של אגריוולטאיקה", אמר מדהו חאנה, החוקר הראשי של המענק ומנהל הזמני של אוניברסיטת אילינוי אורבנה-שמפיין המכון לקיימות, אנרגיה וסביבה. "המטרה שלנו היא לשמור או אפילו להגדיל את תפוקת היבול, להגדיל את הפרודוקטיביות המשולבת - מזון וחשמל - של הקרקע, ולגוון ולהגדיל את רווחי החקלאים עם גידולי שורה, מספוא וגידולים מיוחדים במגוון של סביבות."
אנדריאה גרלק, פרופסור מאוניברסיטת אריזונה בבית הספר לגיאוגרפיה, פיתוח וסביבה ומנהלת זמנית של מרכז אודאל ללימודי מדיניות ציבורית, תהיה סגנית המנהלת של מחקר מדעי החברה של הפרויקט. Gerlak ועמיתיו יערכו קבוצות מיקוד עם מחזיקי עניין מגוונים, כגון חקלאים, אנשי תעשייה סולארית ופוליטיקאים, כדי ללמוד מה מניע את קבלת ההחלטות שלהם לגבי שימוש במערכות אגרוולטאיקה וכיצד דעותיהם משתנות ככל שתוצאות מחקר חדשות הופכות לזמינות.
המענק כולל גם מרכיב חינוכי לילדים ב-12', לסטודנטים ולציבור. מוזס תומפסון, מנהל UArizona תכנית גן קהילה ובית ספר, והצוות שלו פיתחו סדרה של פרוטוקולים ומערכי שיעור לשיתוף התלמידים והציבור עם גינות בית הספר ומעבדות הלמידה Agrivoltaics המותקנות בבית הספר התיכון Rincon/University High School ובית הספר היסודי Manzo במחוז Tucson Unified School District. הוא יתמוך במאמץ לשלב למידה חווייתית ומעשית בכל שלושת אתרי המחקר של SCAPES.
"עמוד ה"אתגרים הגדולים" של התוכנית האסטרטגית שלנו מתמקד במינוף החוזקות שלנו במחקר כדי להתמודד עם בעיות ברמה הלאומית והעולמית. הבטחת זמינות המזון באמצעות שימוש במקור אנרגיה מתחדש היא דוגמה יוצאת דופן לאופן שבו החוקרים שלנו מפתחים פתרונות חדשניים לבעיות קריטיות", אמר נשיא אוניברסיטת אריזונה Rאוברט סי רובינס. "אני כל כך שמח לראות את עבודתו המתקדמת של ד"ר בארון-גפורד מתקדמת לשלב הבא עם המענק הזה מ-USDA ואני מצפה לעקוב אחריו, ד"ר גרלק ומר תומפסון עם התקדמות המאמץ המשותף הזה."
- לורי הארווד, מכללת אוניברסיטת אריזונה למדעי החברה וההתנהגות
תמונה למעלה: המענק יתמוך בחלקו במאמץ לשלב למידה חווייתית ומעשית בכל שלושת אתרי המחקר של SCAPES. תמונה: מוזס תומפסון/UArizona תוכנית גן קהילה ובתי ספר