Alla fine dell'anno scorso, la società di consulenza gestionale globale McKinsey & Company ha pubblicato un rapporto analitico che includeva la carenza di terra come una delle tre sfide chiave per la rivoluzione delle rinnovabili, insieme a chilometri di burocrazia e reti elettriche non adeguate. I parchi solari ed eolici hanno bisogno di enormi tratti di terreno per funzionare su larga scala, e spesso c'è una forte concorrenza per lotti di tale portata, che fa aumentare i prezzi per gli sviluppatori di energia rinnovabile. “I parchi solari ed eolici su larga scala richiedono almeno dieci volte più spazio per unità di energia rispetto alle centrali elettriche a carbone o a gas naturale, compresa la terra utilizzata per produrre e trasportare i combustibili fossili”, riferisce McKinsey, aggiungendo che “le turbine eoliche sono spesso posizionate a mezzo miglio di distanza, mentre i grandi parchi solari si estendono per migliaia di acri”.
Una delle soluzioni più promettenti a questo problema chiave è il fotovoltaico agricolo, chiamato anche agrivoltaico, una pratica in cui le colture e la produzione di energia rinnovabile incidono sulla stessa terra, lavorando in simbiosi. Le piante beneficiano dell'ombra dei pannelli solari, rilasciano acqua attraverso la traspirazione, raffreddando l'aria attorno ai pannelli e aumentandone efficacemente l'efficienza.
Tuttavia, l'agrivoltaico non è un concetto nuovo. Allora perché non è decollato dal suo sviluppo negli anni '80? Mentre l'ottimizzazione del sistema per soddisfare le esigenze di entrambi – produzione di energia solare e agricoltura – sembra semplice sulla carta, in realtà non è così come si potrebbe pensare. Sia le piante che i pannelli solari hanno bisogno di molto sole e assicurarsi che tutto ottenga ciò di cui ha bisogno può diventare un po' complicato. "Una domanda urgente è come la tecnologia agrivoltaica possa massimizzare la produttività delle colture e la generazione di energia, riducendo al minimo la perdita d'acqua delle piante e le esigenze di irrigazione", ha riferito di recente Phys.org . "È molto da chiedere su un pezzo di terra."
Gli scienziati stanno esaminando come progettare sistemi agrivoltaici efficienti in grado di raggiungere questo tipo di equilibrio su larga scala. Una potenziale soluzione, proposta dai ricercatori dell'Università della California Davis, è quella di dividere la luce in diverse lunghezze d'onda, dirigendo diverse parti della luce per usi diversi, come la luce rossa per la fotosintesi delle colture e la luce blu per i pannelli solari. Lo studio , che è stato pubblicato alla fine dello scorso anno sulla rivista scientifica Earth's Future, ha utilizzato un quadro matematico per quantificare in che modo diversi tipi di piante utilizzano diverse lunghezze d'onda della luce nei loro processi di fotosintesi.
Le tipologie di piante modellate includevano variabili come la tolleranza all'ombra e l'area fogliare, e i risultati indicano che le colture candidate ideali per l'agrivoltaico sono quelle che tollerano l'ombra e hanno anche un'ampia area fogliare fuori terra. La tolleranza all'ombra si presta alla vita sotto un pannello fotovoltaico, mentre l'ampia superficie fogliare consente un maggiore assorbimento solare. Inoltre, una maggiore dimensione complessiva dell'impianto sembra essere correlata a maggiori costi respiratori, un altro componente chiave dello studio, che si occupava di verificare anche di un uso efficiente dell'acqua. I risultati hanno suggerito che i grandi candidati per l'agrivoltaico includono piante più grandi con molte foglie come rucola, cavolo e pomodori.
Sebbene l'agrivoltaico non sia ancora stato impiegato su larga scala, alcuni progetti pilota sono già in fase di implementazione in tutto il mondo. In Germania, gli agricoltori coltivano il fieno nei solchi tra le file di pannelli solari verticali. In Francia, le viti crescono all'ombra dei pannelli solari sui vigneti, e in Giappone le foglie di tè beneficiano dell'ombra prodotta dai pannelli. Ci sono anche altre innovazioni correlate nei sistemi di uso condiviso, comprese le pecore che condividono i loro pascoli con i pannelli solari in Canada e in Australia e gli apiari che consentono alle api in pericolo di condividere lo spazio nelle fattorie solari negli Stati Uniti.
I potenziali vantaggi dell'avanzamento e del ridimensionamento dell'agrivoltaico sono enormi e potrebbero cambiare positivamente l'agricoltura e l'industria delle energie rinnovabili. "Non possiamo sfamare 2 miliardi di persone in più in 30 anni essendo solo un po' più efficienti dal punto di vista idrico e continuando come facciamo", ha detto Majdi Abou Najm associate professor presso il Department of Land, Air and Water Resources e fellow dello UC Davis Institute of the Environment. "Abbiamo bisogno di qualcosa di trasformativo, non incrementale. Se trattiamo il sole come una risorsa, possiamo lavorare con l'ombra e generare elettricità mentre produciamo i raccolti sottostanti. I chilowattora diventano un raccolto secondario che puoi raccogliere".