Nghiên cứu về nông điện cho thấy giải pháp tiềm năng cho sự cạnh tranh đất đai giữa nông nghiệp và năng lượng mặt trời
của Đại học Bách khoa Milan
Giải pháp nông điện. Tín dụng: Politecnico di Milano
Nông nghiệp và năng lượng mặt trời có thể hợp tác thay vì cạnh tranh không? Một nghiên cứu do Maddalena Curioni, Nikolas Galli, Giampaolo Manzolini và Maria Cristina Rulli, các nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường và Khoa Năng lượng tại Politecnico di Milano dẫn đầu, đã làm sáng tỏ tiềm năng của nông điện. Được công bố trên tạp chí Earth's Future, bài báo phân tích cách thức cùng tồn tại của các tấm pin quang điện và cây trồng nông nghiệp có thể giúp giải quyết xung đột toàn cầu về sử dụng đất.
Với nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng tái tạo và nhu cầu sản xuất lượng lương thực ngày càng tăng, áp lực lên đất canh tác đang gia tăng. Ngày nay, từ 13% đến 16% các hệ thống quang điện lắp trên mặt đất chiếm đất từng là đất nông nghiệp, một dấu hiệu cho thấy nông nghiệp và năng lượng cạnh tranh nhau cho cùng một không gian.
Nhưng vẫn còn một lựa chọn thứ ba. Nghiên cứu cho thấy từ 22% đến 35% đất nông nghiệp không được tưới tiêu trên toàn thế giới có thể chứa các hệ thống nông điện trong khi vẫn tiếp tục sản xuất lương thực. Đây là cơ hội để tích hợp hai nhu cầu cơ bản mà không ảnh hưởng đến một trong hai.
Để đi đến những kết luận này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mô hình nông thủy văn không gian, mô phỏng phản ứng của 22 loại cây trồng đối với sự suy giảm bức xạ mặt trời do các tấm pin gây ra. Mô hình này cho phép đánh giá năng suất cây trồng tiềm năng ở các vùng khí hậu và khu vực địa lý khác nhau, từ đó lập bản đồ toàn cầu về những nơi có thể áp dụng nông điện.
"Nông nghiệp quang điện không thể áp dụng ở mọi nơi, nhưng theo kết quả của chúng tôi, có thể kết hợp canh tác và sản xuất năng lượng ở nhiều khu vực trên thế giới mà không làm giảm đáng kể năng suất", Galli, nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Glob3Science và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
Phân bố toàn cầu các khu vực không có mưa được thu hoạch và/hoặc chuyển đổi sang nông nghiệp quang điện cho các kịch bản tạo ra khả năng chuyển đổi thấp nhất (a) và cao nhất (b) trên toàn cầu. (a) tương ứng với 50% bức xạ đến cây trồng và chỉ cho phép duy trì hoặc tăng năng suất, trong khi (b) tương ứng với 90% bức xạ đến cây trồng và cho phép giảm tới 20% năng suất. Cả khu vực thu hoạch và chuyển đổi đều được biểu thị dưới dạng phần trăm pixel. Sơ đồ màu hai biến hoạt động như sau: cột có bóng mờ màu xám tương ứng với các khu vực đã thu hoạch, không chuyển đổi (khu vực có thể chuyển đổi = 0%). Sơ đồ màu hình tam giác thay đổi tông màu (theo chiều dọc) theo các khu vực đã thu hoạch và sắc thái màu (theo chiều ngang) theo các khu vực có thể chuyển đổi. Sơ đồ này có dạng hình tam giác vì diện tích chuyển đổi không thể lớn hơn diện tích thu hoạch. Nguồn: Politecnico di Milano
"Sử dụng đất cho cả hệ thống canh tác và quang điện sẽ làm tăng tổng sản lượng trên diện tích bề mặt chiếm dụng đồng thời giảm chi phí sản xuất. Ngoài ra, việc lắp đặt cây trồng bên dưới các tấm pin quang điện sẽ làm giảm nhiệt độ hoạt động của tấm pin và tăng hiệu suất của chúng", Manzolini, giáo sư tại Khoa Năng lượng và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết thêm.
"Công nghệ này có thể giúp giảm cạnh tranh đất đai đồng thời cải thiện tính bền vững của các hệ thống nông nghiệp và năng lượng", Rulli, điều phối viên phòng thí nghiệm và đồng tác giả của nghiên cứu kết luận.
Các kết quả cung cấp cơ sở khoa học vững chắc để hướng dẫn các lựa chọn chính sách và đầu tư nhằm sử dụng đất hiệu quả và bền vững hơn.
Thông tin thêm: Maddalena Curioni và cộng sự, Cạnh tranh đất-nước toàn cầu và sự hiệp lực giữa năng lượng mặt trời và nông nghiệp, Tương lai của Trái đất (2025). DOI: 10.1029/2024EF005291
