Gleichzeitig Strom und Gemüse ernten

Lichtspaltung macht Agri-Photovoltaik doppelt effektiv

publiziert: Freitag, 9. Dez 2022 / 16:20 Uhr
Solarfilter strahlen rotes Licht auf Tomatenpflanzen ab, die auf einem Forschungsfeld der UC Davis im Jahr 2022 wachsen.
Solarfilter strahlen rotes Licht auf Tomatenpflanzen ab, die auf einem Forschungsfeld der UC Davis im Jahr 2022 wachsen.

Die Menschen versuchen zunehmend, auf demselben Land sowohl Nahrungsmittel als auch saubere Energie anzubauen, um den Herausforderungen des Klimawandels, der Dürre und der wachsenden Weltbevölkerung, die gerade die 8-Milliarden-Grenze überschritten hat, zu begegnen. Zu diesen Bemühungen gehört auch die Agri-Photovoltaik, bei der Pflanzen im Schatten von Sonnenkollektoren angebaut werden, im Idealfall mit weniger Wasser.

Wissenschaftler der University of California, Davis, untersuchen nun, wie man die Sonne - und ihr optimales Lichtspektrum - besser nutzen kann, um agrivoltaische Systeme in trockenen landwirtschaftlichen Regionen wie Kalifornien effizienter zu machen. 

Ein Türöffner

«Diese Arbeit ist ein Türöffner für alle Arten von technologischen Fortschritten», sagte der korrespondierende Autor Majdi Abou Najm, ein ausserordentlicher Professor am Department of Land, Air and Water Resources und ein Fellow am UC Davis Institute of the Environment. Er führte die Studie zusammen mit dem Erstautor Matteo Camporese von der Universität Padua in Italien durch, der als Fulbright-Gastwissenschaftler an die UC Davis kam. «Die heutigen Solarzellen nehmen das gesamte Licht auf und versuchen, das Beste daraus zu machen. Aber was wäre, wenn eine neue Generation von Fotovoltaikanlagen das blaue Licht für saubere Energie nutzen und das rote Licht an die Pflanzen weiterleiten könnte, wo es für die Fotosynthese am effizientesten ist?»

Für die Studie entwickelten die Wissenschaftler ein Photosynthese- und Transpirationsmodell, das die verschiedenen Lichtspektren berücksichtigt. Das Modell reproduzierte die Reaktion verschiedener Pflanzen, darunter Kopfsalat, Basilikum und Erdbeeren, auf unterschiedliche Lichtspektren unter kontrollierten Laborbedingungen. Eine Sensitivitätsanalyse ergab, dass der blaue Teil des Spektrums am besten herausgefiltert wird, um Sonnenenergie zu erzeugen, während das rote Spektrum für den Anbau von Nahrungsmitteln optimiert werden kann.

Diese Arbeit wurde im vergangenen Sommer auf den landwirtschaftlichen Forschungsfeldern der UC Davis in Zusammenarbeit mit dem Assistenzprofessor der UC Davis, Andre Daccache, vom Fachbereich für Bio- und Agrartechnik an Tomatenpflanzen getestet.

Leitendes Licht

In Zeiten schrumpfender Anbauflächen ist das Verständnis, wie Pflanzen auf unterschiedliche Lichtspektren reagieren, ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Systemen, die ein Gleichgewicht zwischen nachhaltiger Landbewirtschaftung, Wassernutzung und Nahrungsmittelproduktion herstellen, so die Studie.

«Wir können nicht in 30 Jahren 2 Milliarden Menschen mehr ernähren, indem wir nur ein wenig wassersparender werden und so weitermachen wie bisher», sagte Abou Najm. «Wir brauchen etwas Umwälzendes, nicht etwas Schrittweises. Wenn wir die Sonne als Ressource behandeln, können wir mit dem Schatten arbeiten und Strom erzeugen, während wir darunter Pflanzen anbauen. Kilowattstunden werden zu einer zweiten Ernte, die man ernten kann.

(fest/pd)

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