Ein Grundstück kann vieles bewirken. Es kann Bäume und Feldfrüchte anbauen. Es kann ein Haus, einen Büroturm oder eine Fabrik unterstützen. Es kann ein Parkplatz sein. Aber es kann nicht all diese Dinge gleichzeitig tun. Es müssen Entscheidungen getroffen werden. Es nützt nichts, das höchste Wohnhaus der Welt zu errichten, wenn es nicht genug Nahrung für die Menschen gibt, die dort leben werden. Es hat keinen Sinn, überall Sonnenkollektoren aufzustellen, wenn sie keinen Platz für Feldfrüchte oder Wohnungen lassen.
Multitasking ist ein Wort, das sich in letzter Zeit in unseren Wortschatz eingeschlichen hat. Computer können eine Reihe von Tabs gleichzeitig geöffnet haben und trotzdem Online-Chats führen. Da die Welt immer dichter besiedelt wird, muss auch das Land mehrere Aufgaben erfüllen. Hier sind einige Beispiele, wie das funktionieren kann.
Solar macht Land produktiver
In Wisconsin wird auf einer Million Morgen Ackerland Mais angebaut, der dann in Ethanol umgewandelt wird. In einem letzte Woche veröffentlichten Bericht von Paul Mathewson und Nicholas Bosch Reinigen Sie Wisconsinmachen die Forscher einige verblüffende Beobachtungen. Hier ist die Einführung in ihre Ergebnisse.
Wisconsin nutzt bereits über 1.000.000 Morgen Ackerland für die Energieerzeugung in Form von Mais, der zur Herstellung von Ethanol verwendet wird. Ethanol ist im Vergleich zu Solar-Photovoltaik (PV) eine viel weniger effiziente Form der Energieerzeugung.\ Unter Verwendung der Energierendite (EROI) als Metrik liegt Solar-PV bei etwa 8 EROI, während aus Mais gewonnenes Ethanol etwa 1,2 EROI hat. Unter Verwendung dieser Metrik gehen 88 % der durch Solar-PV erzeugten Energie an die Gesellschaft, während 12 % durch den Produktionsbedarf ausgeglichen werden.
Im Gegensatz dazu gehen 20 % der durch Mais-Ethanol erzeugten Energie an die Gesellschaft, während 80 % durch den Produktionsbedarf ausgeglichen werden. Unter der Annahme eines durchschnittlichen EROI ist die Nettoenergieerzeugung pro Acre 100- bis 125-mal größer [emphasis added] für Solar-PV als für Ethanol auf Maisbasis. Um die kohlenstofffreien Ziele von Wisconsin zu erreichen, werden mit der heutigen Technologie 240.000 bis 285.000 Acres für Solar-PV benötigt. Dies entspricht 1,7 bis 2,0 % der landwirtschaftlichen Fläche des Bundesstaates und weniger als 1/3 der Fläche, die derzeit für den Maisanbau für Ethanol genutzt wird.
Laut Clean Wisconsin könnten diese 1 Million Morgen Ackerland in Wisconsin, auf denen Mais für Ethanol angebaut wird, 100-mal so viel Energie produzieren, wenn sie stattdessen mit Solarfarmen bepflanzt würden. „Es besteht die Befürchtung, dass wir zu viel Ackerland aus der Produktion nehmen, um Sonnenkollektoren anzubauen“, sagt Mathewson in a Pressemitteilung Begleitend zur neuen Studie. „Aber wir nutzen bereits viel Land, um hauptsächlich Energie in Form von zu Ethanol verarbeitetem Mais zu gewinnen. Diese Analyse zeigt, wie wir mit Solarenergie auf viel weniger Land mehr Energie gewinnen können.“
Zeig uns das Geld!
Der Anbau von Mais ist in Amerikas Kernland fast eine Religion. Das Geld, das die Bauern mit der Maisproduktion verdienen, entscheidet oft über den Lebensunterhalt bis zum Bankrott. Warum sollten sie also ein System ändern wollen, das seit Generationen die Rechnungen bezahlt? Einkommensstabilität ist ein Grund. Die Landwirtschaft kann hart sein, weil ein Landwirt von einem Jahr auf das andere nie weiß, wie viel Geld eine Farm verdienen wird.
Eine nationale Umfrage der Purdue University aus dem Jahr 2021 ergab, dass die Hälfte der Angebote, die Landwirte erhielten, ihr Land für die Solarstromerzeugung zu pachten, 750 USD pro Morgen oder mehr betrugen, sagt Amy Barrilleaux von Clean Wisconsin Wisconsin-Prüfer. „Mais schwankt von Jahr zu Jahr und die Gewinne für die Landwirte werden durch staatliche Zahlungen erschwert, aber wir gehen davon aus, dass die Nettogewinne aus Mais normalerweise weniger als 600 US-Dollar pro Morgen betragen, was ein gutes Maisjahr am unteren Ende der Solarpachtverträge darstellt.“
„Um eine gesündere Zukunft für unsere Kinder in ländlichen und städtischen Gemeinden gleichermaßen aufzubauen, brauchen wir dringend mehr Solarprojekte in Wisconsin“, sagt Chelsea Chandler, Direktorin des Klima-, Energie- und Luftprogramms von Clean Wisconsin. „Diese Studie zeigt, dass wir einen Bruchteil des Landes, das derzeit für den Maisanbau genutzt wird, für Ethanol nutzen und stattdessen Solarparks bauen könnten, die reichlich saubere, selbst erzeugte Energie erzeugen.“
Das Ergebnis all dessen ist, dass der Anbau von Mais zur Herstellung von Ethanol zwar gut für die landwirtschaftlichen Einkommen sein mag – hauptsächlich wegen staatlicher Subventionen – aber für das Land ein mieses Geschäft ist, weil es so verschwenderisch und ineffizient ist. In der kommenden Welt wird Effizienz einen viel höheren Stellenwert für die menschliche Gesellschaft haben. Im Transportwesen hat das typische Fahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, nur etwa ein Viertel der Energie einer Gallone Benzin oder Diesel in Vorwärtsbewegung umgewandelt. In einem typischen Elektrofahrzeug werden mindestens 80 % der in einer Batterie gespeicherten Energie in Bewegung umgewandelt. So wie Elektrofahrzeuge mit weniger mehr erreichen, sollte dies auch unsere Agrarindustrie tun.
Rotes Licht, blaues Licht
Bildnachweis: Andre Daccache/UC Davis
Wir denken an Sonnenlicht als ein einzelnes Ding, aber es ist eine Kombination aus mehreren Wellenlängen, einschließlich derjenigen, die das menschliche Auge nicht sehen kann. Forscher der University of California Davis führen Experimente mit Licht an beiden Enden des sichtbaren Spektrums durch. Ihre Forschung zeigt, dass blaues Licht am besten für Sonnenkollektoren geeignet ist, während rotes Licht am besten für den Anbau von Pflanzen geeignet ist. “Warum tut [agriculture] muss ein Nullsummenspiel sein, wenn wir das Land für beides optimieren können?“ fragt Majdi Abou Najm, außerordentliche Professorin an der UC Davis, die Mitautorin einer kürzlich erschienenen Studie ist Prüfbericht.
Photonen haben andere Eigenschaften, erklärt er. Blaue haben eine höhere Energie als ihre roten Gegenstücke, was zu Licht mit kürzerer Wellenlänge und höherer Frequenz führt. Während dies dem blauen Licht den nötigen Ruck gibt, um Strom zu erzeugen, führt das zusätzliche Pulsieren auch zu höheren Temperaturen. „Aus Pflanzensicht sind rote Photonen die effizientesten“, sagt Abou Najm. „Sie machen die Pflanze nicht heiß.“
Durch Computermodellierung fanden die Forscher heraus, dass die Anwendung von roten Lichtwellen auf Pflanzen die Photosynthese und die Kohlenstoffassimilation erhöht und gleichzeitig die Transpiration senkt. Mit anderen Worten: „Pflanzen können die gleiche Menge an CO2 mit weniger Wasser aufnehmen“, sagt er. Eines der Hauptziele der Studie, sagt Abou Najim, sei es, „die Industrie zu motivieren, eine neue Generation von Solarmodulen zu entwickeln“.
Es gibt jedoch einen Nachteil. Pflanzen, die unter Sonnenkollektoren wachsen, sind teilweise beschattet, was die Erträge verringern kann – nichts, was ein Landwirt hören möchte. Letzten Sommer pflanzten die Forscher Verarbeitungstomaten – eine übliche Sacramento Valley-Ernte – auf kleinen, gleich großen Parzellen. Eines wurde mit einem roten Filter bedeckt, ein anderes mit einem blauen, während das dritte als Kontrolle unbedeckt gelassen wurde.
Nach ungefähr vier Monaten, einschließlich einer Rekordhitzewelle Anfang September, lieferten die beiden gefilterten Parzellen jeweils etwa ein Drittel weniger als die unbedeckte. Doch bei der Sortierung nach Qualität – reif, unreif oder „schlecht“ – entfiel auf die Kontrollparzelle die doppelte Menge an faulen Tomaten. „Die Filter haben also dazu beigetragen, Hitzestress zu reduzieren“ und „Verschwendung um mehr als die Hälfte zu reduzieren“. Fügen Sie den Wert des erzeugten Stroms hinzu, und der Nettogewinn würde die verringerte Ernte mehr als ausgleichen. Durch die gemeinsame Ansiedlung von Feldfrüchten und Solarenergie „werden 100 Prozent zu einer sehr niedrigen Zahl, wenn Sie 120 oder 140 Prozent Ertrag erzielen können“, sagt Najm Moderner Bauer.
Er sieht den überdachten Ansatz als eine Möglichkeit für Landwirte, Klimaresilienz aufzubauen. Das Filtern der Sonne hilft dem Boden, Feuchtigkeit zu speichern und die Landarbeiter vor greller Strahlung zu schützen, während eine geringere Transpiration bedeutet, dass weniger Wasser für die Ernte benötigt wird. Indem sie ihren eigenen Strom erzeugen, könnten Landwirte steigende Energiekosten ausgleichen und die Industrie dazu bewegen, auch elektrische Geräte und Fahrzeuge anzunehmen, fügt er hinzu.
„Bis 2050 werden wir haben [an additional] zwei Milliarden Menschen auf diesem Planeten, und wir brauchen 60 Prozent mehr Nahrung, 40 Prozent mehr Wasser und 50 Prozent mehr Energie“, als derzeit produziert wird, sagt Abou Najm. Die Forschung muss auf einer transformativen Ebene stattfinden, um diese steigenden Anforderungen zu erfüllen. Durch die Maximierung des Sonnenspektrums „optimieren wir eine unendlich nachhaltige Ressource. Wenn eine Technologie zum Einsatz kommt, die diese Panels entwickeln kann, dann sind der Optimierung unserer Möglichkeiten keine Grenzen gesetzt.“
Das wegnehmen
In der Landwirtschaft gibt es einen weit verbreiteten Mythos, dass Solarenergie und Landwirtschaft nicht zusammenpassen. Das mag eine gängige Einstellung sein, aber das bedeutet nicht, dass sie richtig ist. Früher glaubte man, Asbest sei ein Wunderstoff und Flugzeuge könnten niemals ohne Tankstopp über die Ozeane fliegen. Wie Mark Twain einmal bemerkte: „Was Sie nicht wissen, wird Sie nicht annähernd so sehr verletzen wie das, was Sie wissen, dass es nicht wahr ist.“
Da die Menschheit darum kämpft, die globale Erwärmung zu kontrollieren und gleichzeitig alle Menschen auf der Erde mit Nahrung zu versorgen, muss eine Konvergenz zwischen Solarenergie und Landwirtschaft stattfinden. Diese beiden Forschungsstudien zeigen, wie das passieren konnte.
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