Raccogliere la luce per coltivare insieme cibo ed energia pulita

Le persone cercano sempre più spesso di coltivare cibo ed energia pulita sulla stessa terra per contribuire ad affrontare le sfide del cambiamento climatico, della siccità e di una popolazione globale in crescita che ha appena superato gli 8 miliardi. Questo sforzo include l’agrivoltaico, in cui le colture vengono coltivate all’ombra di pannelli solari, idealmente con meno acqua.

Ora gli scienziati dell’Università della California, Davis, stanno studiando come sfruttare meglio il sole – e il suo spettro luminoso ottimale – per rendere i sistemi agrivoltaici più efficienti nelle regioni agricole aride come la California.

Il loro studio, pubblicato su Earth's Future, una rivista dell'American Geophysical Union, ha scoperto che la parte rossa dello spettro luminoso è più efficiente per la crescita delle piante, mentre la parte blu dello spettro è meglio utilizzata per la produzione solare.

I risultati dello studio potrebbero aiutare a orientare l'interesse globale per l'agrivoltaico e identificare potenziali applicazioni per tali sistemi.

"Questo articolo apre le porte a tutti i tipi di progressi tecnologici", ha affermato l'autore corrispondente Majdi Abou Najm, professore associato presso il Dipartimento di risorse terrestri, aeree e idriche e membro dell'Istituto per l'ambiente della UC Davis. Ha condotto lo studio con il primo autore Matteo Camporese dell'Università di Padova in Italia, che è venuto alla UC Davis come studioso in visita Fulbright. "I pannelli solari di oggi prendono tutta la luce e cercano di sfruttarla al meglio. Ma cosa accadrebbe se una nuova generazione di fotovoltaico potesse trasformare la luce blu in energia pulita e trasmettere la luce rossa ai raccolti, dove è più efficiente per la fotosintesi? "

Per lo studio, gli scienziati hanno sviluppato un modello di fotosintesi e traspirazione per tenere conto dei diversi spettri luminosi. Il modello ha riprodotto la risposta di varie piante, tra cui lattuga, basilico e fragola, a diversi spettri di luce in condizioni di laboratorio controllate. Un’analisi di sensibilità ha suggerito che è meglio filtrare la parte blu dello spettro per produrre energia solare, mentre lo spettro rosso può essere ottimizzato per coltivare cibo.

Questo lavoro è stato ulteriormente testato la scorsa estate sulle piante di pomodoro nei campi di ricerca agricola della UC Davis in collaborazione con il professore assistente Andre Daccache del Dipartimento di ingegneria biologica e agraria.

In un’epoca in cui le terre vitabili si riducono, capire come le piante rispondono ai diversi spettri luminosi è un passo fondamentale verso la progettazione di sistemi che bilanciano la gestione sostenibile del territorio con l’uso dell’acqua e la produzione alimentare, osserva lo studio.

"Non possiamo nutrire 2 miliardi di persone in più in 30 anni riducendo solo un po' l'efficienza idrica e continuando come facciamo", ha affermato Abou Najm. "Abbiamo bisogno di qualcosa di trasformativo, non incrementale. Se trattiamo il sole come una risorsa, possiamo lavorare con l'ombra e generare elettricità producendo al contempo raccolti sottostanti. I kilowattora diventano un raccolto secondario che puoi raccogliere."

Lo studio è stato finanziato da una borsa di studio Fulbright Research del Dipartimento di Stato degli Stati Uniti, dalla UC Davis e dal National Institute of Food and Agriculture.

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