مطب جديد أمام الطاقة النظيفة.. تحتاج لمساحة أرض 10 أضعاف "التقليدية"

تواجه الثورة المتجددة مشكلة كبيرة في استخدام الأراضي، تهدد بإعاقة مسار نمو قطاع الطاقة النظيفة بشكل خطير.

تشغل البنية التحتية للطاقة المتجددة على نطاق واسع مثل مزارع الرياح والطاقة الشمسية مساحة أرض أكبر بكثير من محطات إنتاج الوقود الأحفوري التقليدية، ويتنافس القطاع بشكل متزايد على الأرض مع الصناعات الرئيسية الأخرى بما في ذلك الزراعة.

للمضي قدما، سيتعين على قطاع الطاقة المتجددة أن يكون مبدعا بشأن استخدام الأراضي بشكل أكثر كفاءة وبطريقة أكثر تعاونا مع مستخدمي الأراضي الرئيسيين الآخرين.

• بيان أمريكي بحريني مشترك.. تعهد بمكافحة تغير المناخ ونشر الطاقة النظيفة

في أواخر العام الماضي، أصدرت شركة الاستشارات الإدارية العالمية McKinsey & Company تقريرا تحليليا تضمن نقص الأراضي كواحد من 3 تحديات رئيسية تواجه الثورة المتجددة، إلى جانب أميال من الروتين البيروقراطي وشبكات الكهرباء غير المعدة بشكل محزن.

تحتاج مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى مساحات شاسعة من الأرض لتعمل على نطاق واسع، وغالبا ما تكون هناك منافسة شرسة على قطع من هذا الحجم، مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار مطوري الطاقة المتجددة.

"تتطلب مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على نطاق المرافق ما لا يقل عن 10 أضعاف المساحة لكل وحدة من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو الغاز الطبيعي، بما في ذلك الأرض المستخدمة لإنتاج ونقل الوقود الأحفوري"، وفقا لتقارير ماكينزي، مضيفة أن "توربينات الرياح غالبا ما يتم وضعها على بعد نصف ميل، بينما تمتد المزارع الشمسية الكبيرة على آلاف الأفدنة".

واحدة من أكثر الحلول الواعدة لهذه القضية الرئيسية هي الخلايا الكهروضوئية الزراعية (AV)، والتي تسمى أيضا الخلايا الزراعية، وهي ممارسة يتم فيها إنتاج المحاصيل والطاقة المتجددة على نفس الأرض، والعمل بشكل تكافلي، وفقا لموقع "Oil Price".

تستفيد النباتات من ظلال الألواح الشمسية، بينما تطلق النباتات المياه من خلال النتح وتبريد الهواء حول الألواح وزيادة كفاءتها بشكل فعال.

ومع ذلك، فإن AV ليس مفهوما جديدا. فلماذا لم تنطلق منذ تطويرها في الثمانينيات؟

في حين أن تحسين النظام لتلبية احتياجات كلا النظامين -إنتاج الطاقة الشمسية والزراعة- يبدو واضحا على الورق، إلا أنه في الواقع ليس بهذه البساطة.

تحتاج كل من النباتات والألواح الشمسية إلى الكثير من أشعة الشمس، والتأكد من أن كل شيء يحصل على ما يحتاجه يمكن أن يصبح معقدا بعض الشيء.

السؤال الملح هو.. كيف يمكن لتقنية AV أن تزيد من إنتاجية المحاصيل وتوليد الطاقة مع تقليل فقد مياه النبات واحتياجات الري؟

يبحث العلماء بنشاط في كيفية تصميم أنظمة سمعية وبصرية فعالة قادرة على تحقيق هذا النوع من التوازن على نطاق واسع.

أحد الحلول المحتملة، الذي اقترحه باحثون من جامعة كاليفورنيا ديفيس، هو تقسيم الضوء إلى أطوال موجية مختلفة، وتوجيه أجزاء مختلفة من الضوء إلى استخدامات مختلفة، مثل الضوء الأحمر للمحاصيل من أجل التمثيل الضوئي، والضوء الأزرق للألواح الشمسية.

استخدمت الدراسة، التي نُشرت في أواخر العام الماضي في المجلة العلمية Earth’s Future، إطارا رياضيا لتحديد كيفية استخدام أنواع مختلفة من النباتات لأطوال موجية مختلفة من الضوء في عمليات التمثيل الضوئي.

تضمنت نماذج النباتات النموذجية متغيرات مثل تحمل الظل ومساحة الأوراق، وتشير النتائج إلى أن المحاصيل المرشحة المثالية للمركبات السمعية والبصرية هي تلك التي تتحمل الظل ولديها أيضا مساحة أوراق كبيرة فوق الأرض.

يسمح تفاوت الظل بالحياة تحت الألواح الشمسية، في حين أن مساحة الورقة الكبيرة تسمح بامتصاص أكبر للشمس.

بالإضافة إلى ذلك، ارتبط الحجم الكلي للنباتات بزيادة تكاليف التنفس، وهو مكون رئيسي آخر في الدراسة، والذي كان يهتم أيضا باستخدام المياه بكفاءة.

أشارت النتائج إلى أن النباتات الكبيرة المرشحة للعدوى البطينية تتضمن الكثير من الأوراق مثل الجرجير واللفت والطماطم.