Valutazione di fattibilità agrivoltaico nei campi di mais

Un team di ricercatori della Purdue University, negli Stati Uniti, ha scoperto che l’agrivoltaico ha il potenziale per aumentare la produzione di energia e ridurre le emissioni di carbonio, con un impatto minimo sulla produzione agricola.

Nel documento di ricerca “The viability of photovoltaics on agricultural land: Can PV solve the food vs fuel debate?”, disponibile sul Journal of Cleaner Production, il team ha analizzato cinque scenari relativi alle coltivazioni di mais nella regione del Midwest degli Stati Uniti.

Il primo è lo scenario di base, con il mais coltivato su tutta l’area. Il secondo prevede un impianto solare tradizionale installato sul 25% dell’area, in sostituzione della coltivazione di mais. Gli altri tre scenari sono caratterizzati da impianti fotovoltaici con il mais che cresce sotto di essi, con una stima del 5,5% del terreno occupato dalle strutture solari e non disponibile per la crescita delle colture. Nel terzo sistema viene utilizzata una densità di pannelli solari completa, seguita da una densità di pannelli pari a metà e a un quarto nel quarto e nel quinto sistema.

I ricercatori hanno confrontato questi cinque sistemi su quattro parametri: la produzione di mais da utilizzare come alimento o mangime, la produzione di energia sotto forma di bioetanolo o elettricità, la riduzione delle emissioni di gas serra e la redditività per l’agricoltore.

La maggiore produzione di cibo/alimenti è stata ottenuta nel sistema di base. Nel secondo sistema la quantità di mais come alimento/mangime è diminuita del 25%, in proporzione alla riduzione della superficie disponibile. I risultati dei sistemi agrivoltaici sono variati in base ai confini ombreggiati, con una riduzione dell’11% del mais disponibile per cibo/mangime registrata nel sistema con densità di pannelli solari pari a un quarto rispetto al sistema di base.

Rispetto al sistema di base, il sistema fotovoltaico tradizionale e il sistema agrivoltaico a un quarto di densità hanno aumentato la produzione di energia negli usi finali da meno di 2 MWh/ha/anno a circa 140 MWh MWh/ha/anno. Il sistema agrivoltaico a mezza densità ha aumentato la produzione di energia a circa 280 MWh/ha/anno e il sistema agrivoltaico a piena densità ha aumentato la produzione di energia a circa 560 MW/ha/anno.

I ricercatori hanno inoltre riscontrato che l’etanolo ha avuto un impatto minimo sulla produzione totale di energia nei sistemi da due a cinque. “Pertanto, non c’è stata alcuna differenza significativa sulla produzione energetica complessiva quando si sono considerati i confini della produzione di mais a bassa e alta resa in ombra”, ha detto il team.

Calcolando le riduzioni di gas serra, il sistema di base, con il solo etanolo come fonte energetica, ha avuto una riduzione di meno di 2 tonnellate di CO2-eq/ha/anno. Gli altri sistemi hanno ridotto le emissioni di centinaia di tonnellate di CO2-eq/ha/anno, e la quantità in ciascuno di essi “ha avuto un andamento simile al numero di pannelli solari incorporati nell’intera area di trattamento”.

Mentre il sistema fotovoltaico tradizionale e il sistema agrivoltaico con una densità di un quarto avevano effettivamente la stessa produzione di energia e la stessa riduzione di gas serra, il documento di ricerca prevede una maggiore resa di mais per il sistema agrivoltaico perché consente una maggiore crescita delle colture e l’ombreggiamento è stato ridotto al minimo grazie all’ampia distanza tra i pannelli.

Nelle conclusioni del rapporto, i ricercatori affermano che l’agrivoltaico “può fornire una strategia valida per ridurre l’attuale compromesso tra produzione di energia, emissioni di gas serra, produzione alimentare e redditività delle aziende agricole”.

“La nostra analisi indica che sia i sistemi fotovoltaici che l’agrivoltaico possono aumentare in modo sostanziale la produzione di energia per ettaro rispetto alla situazione di partenza, in cui circa il 27% del mais è destinato all’etanolo”, hanno sottolineato i ricercatori.

I ricercatori spiegano anche che, sebbene la diffusione dell’agrivoltaico possa essere influenzata dagli alti costi di capitale, questa barriera potrebbe essere superata con un sostegno politico, soprattutto quando i prezzi dei raccolti sono molto volatili. I costi associati dovrebbero diminuire con lo sviluppo della tecnologia, ma avvertono che è necessario lavorare ancora per garantire una migliore comprensione delle esigenze delle parti interessate e una migliore progettazione per ridurre i costi e massimizzare i risultati del sistema.

“L’integrazione del fotovoltaico nei terreni agricoli offre un maggiore potenziale per la produzione di energia rinnovabile e la riduzione delle emissioni di gas serra”, si legge nel documento. I nostri calcoli dimostrano che, in assenza di domanda di etanolo, la quantità di mais disponibile come risorsa alimentare e per l’alimentazione animale può essere aumentata anche con l’integrazione dei pannelli solari, rispetto alla quantità disponibile in condizioni di domanda di etanolo e senza integrazione del fotovoltaico”. In quest’ottica, le tecnologie agrivoltaiche rappresentano una soluzione valida al dibattito tra cibo e carburante, consentendo di produrre grandi quantità di energia con un impatto minimo sul mais come risorsa alimentare e mangimistica”.

All’inizio di quest’anno, i ricercatori della Purdue University hanno creato un modello innovativo per valutare la crescita del mais negli impianti agrivoltaici, proponendo un modello di distribuzione delle ombre spazio-temporale per ottimizzare la resa del raccolto e la produzione di energia.

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