Ruokatuotannon sietokyvyn lisääminen jatkuvan ilmastonmuutoksen aikana ja uusiutuvan energian tuotannon vahvistaminen ovat molemmat perushaasteita nykymaailmassa.
Aurinkoenergian tuotannosta on kuitenkin tulossa yhä kannattavampi viljelymaan käyttötarkoitus, mikä on johtanut huoleen aurinkotilojen syrjäyttämisestä elintarviketuotannosta.
Yksi mahdollinen ratkaisu on maataloussähkö – maatalouden ja aurinkosähköpaneelien sijoittaminen rinnakkain – jolla voidaan ylläpitää sadontuotantoa, tuottaa uusiutuvaa energiaa, vähentää veden käyttöä ja lisätä tilan kannattavuutta.
Viljelijät tarvitsevat kuitenkin apua maasähköjärjestelmiin parhaiten soveltuvien viljelykasvien ja paikkojen määrittämisessä sekä aurinkopaneelien suunnittelussa ja sijoittamisessa, jotka ylläpitävät tai lisäävät satoa.
Yhdysvaltain maatalousministeriön National Institute of Food and Agriculture -instituutin uusi 10 miljoonan dollarin apuraha antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia, miten parhaiten optimoidaan maatalouden sähköjärjestelmien suunnittelua erilaisissa maatyypeissä ja ilmastoskenaarioissa.
Nelivuotisen hankkeen, jonka otsikko on "Kestävästi sijoittava maatalouden ja aurinkosähkön sähköjärjestelmiä", tai SCAPES, johtava instituutti on Illinoisin yliopisto Urbana-Champaign. Yhteistyöinstituutteja ovat Arizonan yliopisto, Colorado State University, Auburn University, Illinois Chicagon yliopisto ja National Renewable Energy Laboratory. Hanke rahoitetaan Maatalouden ja elintarvikealan tutkimuslaitoksen Kestävän maatalouden järjestelmät -ohjelman kautta. Arizonan yliopisto saa 1.725 miljoonaa dollaria apuraharahoituksesta.
Greg Barron-Gaffordin tutkimusryhmään kuuluu UArizonan perustutkinto- ja jatko-opiskelijoita. Barron-Gafford, oikealla, kuvassa opiskelijoiden Alyssa Salazarin, Leandro Phelps-Garcian ja Isaiah Barnett-Morenon kanssa.
Greg Barron-Gafford, professori Maantieteen, kehityksen ja ympäristön korkeakoulu Yhteiskunta- ja käyttäytymistieteiden korkeakoulu, on hankkeen fysiikan johtaja. Vuonna 2017 Barron-Gaffordin tutkimusryhmä, johon kuuluu UArizonan perustutkinto-opiskelijoita ja jatko-opiskelijoita, aloitti sadon kasvattamisen 9 jalan aurinkopaneelien alla yliopistossa. Biosfääri 2 laitos, jossa Barron-Gafford on elintarvike-, energia- ja vedensietoratkaisujen johtaja.
Barron-Gafford johti ensimmäinen maatalouden kenttätietojen arviointi Yhdysvalloissa. Hän havaitsi, että agrivoltaics lisää sekä aurinkopaneelien että kasvinviljelyn tehokkuutta. Kasvien vapauttama vesi jäähdyttää aurinkopaneeleja, mikä lisää niiden tehokkuutta ja sähkötehoa. Paneeleiden varjo lisää kasvien tuottavuutta ja säästää vettä, mikä on erityisen tärkeää, koska ilmastonmuutos lisää äärimmäiselle kuumuudelle ja kuivuudelle alttiiden alueiden määrää, Barron-Gafford sanoi.
SCAPES-projekti käyttää uutta 1.5 hehtaarin Agrivoltaics Learning Labia Arizonan yliopistossa yhtenä kolmesta maataloussähkötutkimuskeskuksestaan – muiden Illinoisissa ja Coloradossa – arvioimaan mikroilmaston ja kasvien reaktioita aurinkopaneelien läsnäoloon. Mittausjärjestelmät noudattavat Barron-Gaffordin kehittämiä protokollia.
Vuonna 2017 Barron-Gaffordin tutkimusryhmä aloitti viljelykasvien viljelyn 9 jalan aurinkopaneelien alla yliopiston Biosphere 2 -laitoksessa.
"Tämä USDA-ohjelma on ensimmäinen kerta, kun meillä on todella suuria asennuksia", Barron-Gafford sanoi. "Meiltä kysytään jatkuvasti: 'Toteutuvatko kaikki nämä näkemäsi edut edelleen, kun laajennat tätä tai tarkastelet muita maatalouden muotoja?' Sitä tämä projekti todella tekee: tarkastelee mahdollisuuksia ja esteitä, joita tuon mittakaavan mukana tulee."
Tämän apurahan myötä Barron-Gafford lisäsi: "Pystymme mittaamaan paljon enemmän ruokasatoja kerralla. Ja voimme tehdä paljon enemmän manipulaatioita, kuten nähdä, kuinka paljon voimme vähentää vedenkäyttöämme ja silti täyttää ruokatarpeemme.
"Projektimme tarjoaa kattavan analyysin maataloussähkön muutospotentiaalista", sanoi Madhu Khanna, apurahan päätutkija ja Illinoisin yliopiston Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy and Environment -instituutin väliaikainen johtaja. "Tavoitteenamme on ylläpitää tai jopa lisätä satoa, lisätä maan yhdistettyä – ruoan ja sähkön – tuottavuutta sekä monipuolistaa ja kasvattaa viljelijöiden voittoja rivi- ja rehukasveilla sekä erikoiskasveilla erilaisissa ympäristöissä.
Andrea Gerlak, UArizonan maantieteen, kehityksen ja ympäristön korkeakoulun professori ja Udall Center for Studies in Public Policy -johtaja, toimii hankkeen yhteiskuntatieteellisen tutkimuksen apulaisjohtajana. Gerlak ja kollegat järjestävät fokusryhmiä erilaisten sidosryhmien, kuten maanviljelijöiden, aurinkoenergia-alan ihmisten ja poliitikkojen, kanssa saadakseen selville, mikä ohjaa heidän päätöksentekoaan maataloussähköjärjestelmien käytöstä ja miten heidän mielipiteensä muuttuvat, kun uusia tutkimustuloksia tulee saataville.
Apuraha sisältää myös koulutuskomponentin peruskouluikäisille lapsille, korkeakouluopiskelijoille ja yleisölle. Moses Thompson, UArizonan johtaja Yhteisö- ja koulupuutarhaohjelma, ja hänen tiiminsä ovat kehittäneet sarjan protokollia ja tuntisuunnitelmia oppilaiden ja yleisön houkuttelemiseksi koulupuutarhojen sekä Rincon High School/University High Schooliin ja Manzo Elementary Schooliin Tucson Unified School Districtiin asennettujen Agrivoltaics Learning Labs -laboratorioiden kanssa. Hän tukee pyrkimyksiä integroida kokemuksellinen ja käytännönläheinen oppiminen kaikissa kolmessa SCAPES-tutkimuskeskuksessa.
”Strategisen suunnitelmamme 'Grand Challenges' -pilari keskittyy tutkimuksessa vahvuuksien hyödyntämiseen kansallisten ja globaalien ongelmien ratkaisemiseksi. Ruoan saatavuuden varmistaminen uusiutuvan energialähteen avulla on erinomainen esimerkki siitä, kuinka tutkijamme kehittävät innovatiivisia ratkaisuja kriittisiin ongelmiin", sanoi Arizonan yliopiston presidentti. Robert C. Robbins. "Olen niin iloinen nähdessäni tohtori Barron-Gaffordin huippuluokan työn etenevän seuraavalle tasolle tämän USDA:n apurahan ansiosta, ja odotan innolla hänen, tohtori Gerlakin ja Mr. Thompsonin seuraamista tämän yhteistyön edetessä."
- Lori Harwood, Arizonan yliopiston sosiaali- ja käyttäytymistieteiden korkeakoulu
Kuva ylhäällä: Apuraha tukee osittain pyrkimystä integroida kokemuksellinen ja käytännönläheinen oppiminen kaikissa kolmessa SCAPES-tutkimuskeskuksessa. Kuva: Moses Thompson/UArizona yhteisön ja koulun puutarhaohjelma