Люди все чаще пытаются выращивать продукты питания и чистую энергию на одной земле, чтобы помочь справиться с проблемами изменения климата, засухи и растущего населения мира, которое только что превысило 8 миллиардов человек. Эти усилия включают в себя агроэлектроэнергетику, при которой сельскохозяйственные культуры выращиваются в тени солнечных батарей, в идеале с меньшим количеством воды.
Теперь ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе изучают, как лучше использовать солнечный свет и его оптимальный световой спектр, чтобы сделать агроэлектрические системы более эффективными в засушливых сельскохозяйственных регионах, таких как Калифорния.
Их исследование, опубликованное в Earth’s Future, показало, что красная часть светового спектра более эффективна для выращивания растений, а синяя часть спектра лучше используется для производства солнечной энергии.
Открывалка двери
Результаты исследования могут помочь направить глобальный интерес к агроэлектроэнергетике и определить потенциальные области применения этих систем.
«Эта статья открывает двери для всех видов технологических достижений», — сказал автор-корреспондент Маджди Абу Наджм, доцент кафедры земельных, воздушных и водных ресурсов и научный сотрудник Института окружающей среды Калифорнийского университета в Дэвисе.
Он провел исследование с первым автором Маттео Кампорезе из Университета Падуи в Италии, который приехал в Калифорнийский университет в Дэвисе в качестве приглашенного исследователя программы Фулбрайта. «Сегодняшние солнечные панели поглощают весь свет и пытаются извлечь из него максимум пользы. Но что, если новое поколение фотогальванических элементов сможет использовать синий свет для получения чистой энергии и направлять красный свет на растения, где он наиболее эффективен для фотосинтеза? »
Для исследования ученые разработали модель фотосинтеза и транспирации для учета различных световых спектров. Модель воспроизводила реакцию различных растений, в том числе салата, базилика и клубники, на разные спектры света в контролируемых лабораторных условиях. Анализ чувствительности показал, что синяя часть спектра лучше всего отфильтровывается для производства солнечной энергии, а красный спектр может быть оптимизирован для выращивания пищи.
Прошлым летом эта работа была дополнительно протестирована на растениях томата на полях сельскохозяйственных исследований Калифорнийского университета в Дэвисе в сотрудничестве с доцентом Калифорнийского университета в Дэвисе Андре Даккашем из Департамента биологической и сельскохозяйственной инженерии.
Путеводный свет
В исследовании отмечается, что в эпоху сокращения жизнеспособных земель понимание того, как растения реагируют на разные спектры света, является ключевым шагом на пути к разработке систем, которые уравновешивают устойчивое управление земельными ресурсами с использованием воды и производством продуктов питания.
«Мы не сможем накормить еще 2 миллиарда человек за 30 лет, если будем просто немного более эффективно использовать воду и будем продолжать в том же духе», — сказал Абу Наджм. «Нам нужно что-то преобразующее, а не постепенное. Если мы относимся к солнцу как к ресурсу, мы можем работать в тени и вырабатывать электричество, одновременно выращивая урожай под ним. Киловатт-часы становятся второстепенной культурой, которую можно собирать».
