Licht ernten, um gemeinsam Nahrung und saubere Energie anzubauen

Die Menschen versuchen zunehmend, auf demselben Land sowohl Nahrungsmittel als auch saubere Energie anzubauen, um den Herausforderungen des Klimawandels, der Dürre und einer wachsenden Weltbevölkerung, die gerade 8 Milliarden Menschen übersteigt, zu begegnen. Dazu gehört auch die Agri-PV, bei der Pflanzen im Schatten von Sonnenkollektoren angebaut werden, idealerweise mit weniger Wasser.

Jetzt untersuchen Wissenschaftler der University of California, Davis, wie man die Sonne – und ihr optimales Lichtspektrum – besser nutzen kann, um Agri-PV-Systeme in trockenen Agrarregionen wie Kalifornien effizienter zu machen.

Ihre in Earth's Future, einer Zeitschrift der American Geophysical Union, veröffentlichte Studie ergab, dass der rote Teil des Lichtspektrums für den Pflanzenanbau effizienter ist, während der blaue Teil des Spektrums besser für die Solarproduktion genutzt wird.

Die Ergebnisse der Studie könnten dazu beitragen, das weltweite Interesse an der Agrar-PV zu lenken und potenzielle Anwendungen für diese Systeme zu identifizieren.

„Dieses Papier ist ein Türöffner für alle möglichen technologischen Fortschritte“, sagte der korrespondierende Autor Majdi Abou Najm, außerordentlicher Professor am Ministerium für Land-, Luft- und Wasserressourcen und Fellow am UC Davis Institute of the Environment. Er führte die Studie mit dem Erstautor Matteo Camporese von der Universität Padua in Italien durch, der als Fulbright-Gastwissenschaftler an die UC Davis kam. „Heutige Sonnenkollektoren nehmen das gesamte Licht auf und versuchen, das Beste daraus zu machen. Aber was wäre, wenn eine neue Generation von Photovoltaik das blaue Licht für saubere Energie nutzen und das rote Licht an die Pflanzen weiterleiten könnte, wo es für die Photosynthese am effizientesten ist?“ "

Für die Studie entwickelten die Wissenschaftler ein Photosynthese- und Transpirationsmodell, um unterschiedliche Lichtspektren zu berücksichtigen. Das Modell reproduzierte die Reaktion verschiedener Pflanzen, darunter Salat, Basilikum und Erdbeere, auf unterschiedliche Lichtspektren unter kontrollierten Laborbedingungen. Eine Sensitivitätsanalyse ergab, dass der blaue Teil des Spektrums am besten herausgefiltert wird, um Sonnenenergie zu erzeugen, während das rote Spektrum für den Nahrungsmittelanbau optimiert werden kann.

Diese Arbeit wurde im vergangenen Sommer in Zusammenarbeit mit UC Davis-Assistenzprofessor Andre Daccache von der Abteilung für Bio- und Agrartechnik weiter an Tomatenpflanzen auf landwirtschaftlichen Forschungsfeldern der UC Davis getestet.

In einer Zeit schrumpfender nutzbarer Flächen sei das Verständnis, wie Pflanzen auf unterschiedliche Lichtspektren reagieren, ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Systemen, die nachhaltige Landbewirtschaftung mit Wassernutzung und Nahrungsmittelproduktion in Einklang bringen, heißt es in der Studie.

„Wir können in 30 Jahren nicht zwei Milliarden Menschen mehr ernähren, indem wir nur ein wenig wassereffizienter vorgehen und so weitermachen“, sagte Abou Najm. „Wir brauchen etwas Transformierendes, nicht Inkrementelles. Wenn wir die Sonne als Ressource behandeln, können wir mit Schatten arbeiten und Strom erzeugen, während wir darunter Pflanzen anbauen. Kilowattstunden werden zu einer Nebenernte, die man ernten kann.“

Die Studie wurde durch ein Fulbright-Forschungsstipendium des US-Außenministeriums, UC Davis und das National Institute of Food and Agriculture finanziert.

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