La tierra cultivable está en una prima de todos los tiempos. Desde la última edad de hielo, los humanos han talado un tercio de los bosques de la tierra y dos tercios de sus praderas silvestres, gran parte para la agricultura. Y a medida que la población mundial (8 mil millones a partir de noviembre pasado) continúa expandiéndose, existe una presión cada vez mayor sobre las tierras de cultivo para producir no solo más alimentos sino también energía limpia.
En lugares como Yakima, Washington, ha creado competencia por el espacio a medida que los paneles solares hambrientos de tierra engullen los campos disponibles. El mes pasado, el Consejo de Evaluación del Sitio de la Instalación de Energía del estado aprobó planes para cubrir 1,700 acres de tierra agrícola con paneles fotovoltaicos (PV), dejando de lado la moratoria del condado sobre proyectos solares y alimentando las preocupaciones de la comunidad sobre los impactos a largo plazo de la pérdida de tierras de cultivo.
el reciente estudiar de la Universidad de California, Davis, sin embargo, muestra cómo los agricultores pronto podrán cosechar cultivos y energía juntos, en un terreno común. Los investigadores concluyeron que las bandas dentro del espectro de luz visible se pueden filtrar y aprovechar por separado (ondas de luz azul para generar energía solar y ondas de luz roja para cultivar frutas y verduras) para aprovechar al máximo las tierras de cultivo, al mismo tiempo que se reduce el estrés por calor y se reducen los desechos de cultivos.
“Por que [agriculture] ¿Tiene que ser un juego de suma cero si podemos optimizar la tierra para ambos?” pregunta Majdi Abou Najm, profesor asociado en el Departamento de Tierra, Aire y Recursos Hídricos en UC Davis y un Instituto del Medio Ambiente compañero, coautor del artículo.
Los fotones, o las partículas que componen la luz, tienen diferentes propiedades, explica: los azules tienen una energía más alta que sus contrapartes rojas, lo que da como resultado una luz con una longitud de onda más corta y una frecuencia más alta. Si bien eso le da a la luz azul la sacudida necesaria para generar energía, la pulsación adicional también da como resultado temperaturas más altas.
“Desde la perspectiva de la planta, los fotones rojos son los más eficientes”, dice Abou Najm. “No hacen que la planta se sienta caliente”.
A través del modelado por computadora, Abou Najm y el autor principal Matteo Camporese, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica de la Universidad de Padua, descubrieron que aplicar ondas de luz roja a las plantas aumenta la fotosíntesis y la asimilación de carbono, el proceso por el cual metabolizan dióxido de carbono en compuestos orgánicos, al tiempo que reduce la transpiración. En otras palabras, bajo el espectro más frío, “los cultivos pueden obtener la misma cantidad de CO2 usando menos agua”, dice.
Si bien su investigación se inspiró en las aplicaciones de luz hidropónica utilizadas en los sistemas agrícolas de interior, “aquellas tienen un alto costo de energía”, dice Abou Najim. “Decidimos usar la luz del sol como nuestra entrada”.
Uno de los principales objetivos del estudio, dice Abou Najim, es “motivar a la industria a crear una nueva generación de paneles solares”. Camporese ve potencial en células solares orgánicas, que, a diferencia de las superficies metálicas brillantes a base de silicona, se derivan de compuestos a base de carbono. Finas y translúcidas, las células se aplican como una película sobre varias superficies, incluido el vidrio. Esta tecnología podría usarse para desarrollar paneles fotovoltaicos foto-selectivos que filtran la luz azul para generar energía, dice, mientras pasa el espectro rojo a los cultivos plantados directamente debajo.
Tomates cultivados bajo los paneles solares que filtran la luz. Fotografía cortesía de Majdi Abou Najim
El creciente campo de la agrovoltaica, en el que la tierra se utiliza tanto para la producción de alimentos como para la generación de energía, de hecho ha hecho que el uso de la tierra sea más eficiente al intercalar paneles solares convencionales entre hileras de cultivos. (El pastoreo solar es una variación en la que el ganado pasta entre los arreglos). Los paneles en ángulo protegen las verduras de hoja y las frutas sensibles al calor de los rayos más intensos del día; las plantas, mientras tanto, transpiran la humedad y bajan la temperatura debajo de las células sensibles al calor, mejorando así su rendimiento.
Sin embargo, las plantas cultivadas a través de agrovoltaicos se cultivan en sombra parcial, y “menos luz generalmente significa menos rendimiento”, dice Camporese. Esto establece efectivamente un límite en la densidad de paneles solares y plantaciones en granjas de cogeneración. Pero las matrices translúcidas permitirían una cobertura de campo completa de ambos, señala, maximizando el uso de la tierra y dando un gran impulso a la productividad por acre.
En mayo pasado, los investigadores realizaron un estudio de campo limitado de cultivos fotoselectivos en la Estación Experimental Agrícola de UC Davis. El equipo sembró tomates para procesamiento, un cultivo común del Valle de Sacramento, en parcelas pequeñas de igual tamaño, una cubierta con un filtro rojo fotoselectivo, otra con azul y una tercera sin cubrir como control.
Después de aproximadamente cuatro meses, incluida una ola de calor récord a principios de septiembre, las dos parcelas filtradas produjeron aproximadamente un tercio menos que la descubierta. Sin embargo, cuando se clasificaron por calidad (maduros, inmaduros o “malos”), la parcela de control contó con el doble de tomates podridos. “Así que los filtros ayudaron a reducir el estrés por calor”, dice Abou Najm, y “redujeron [crop] desperdicio en más de la mitad”.
Agregar la generación de energía a la parte superior y la ganancia neta compensaría con creces la disminución de la cosecha, dice. Mediante la ubicación conjunta de cultivos y generación solar, “el 100 por ciento se convierte en un número muy bajo cuando se pueden obtener rendimientos del 120 o 140 por ciento”.
Y para los países y regiones que enfrentan una escasez de tierras agrícolas, eso hace que el aumento de la productividad sea aún más valioso, especialmente dado que la generación de energía limpia requiere 10 veces más tierra por unidad de potencia que los combustibles fósiles.
Abou Najm también ve el enfoque de dosel como una forma para que los agricultores desarrollen resiliencia climática. Filtrar el sol ayuda a que el suelo retenga la humedad y proteja a los trabajadores agrícolas de los rayos fuertes, mientras que una menor transpiración significa que se necesita menos agua para los cultivos. Y al generar su propia energía, los agricultores podrían compensar el aumento de los costos de la energía y empujar a la industria a adoptar equipos y vehículos eléctricos, agrega.
“Para 2050, tendremos [an additional] dos mil millones de personas en este planeta, y necesitaremos un 60 por ciento más de alimentos, un 40 por ciento más de agua y un 50 por ciento más de energía” de lo que se produce actualmente, dice Abou Najm. La investigación debe ocurrir en un nivel transformador para satisfacer esas necesidades crecientes.
Al maximizar el espectro solar, “estamos optimizando un recurso infinitamente sostenible”, agrega. “Si se activa una tecnología que puede desarrollar estos paneles, entonces el cielo es el límite de cuán optimizados podemos ser”.