أخبار ar.wedoany.com، قام فريق بحثي من جامعة كورنيل بتقييم الإمكانات المستدامة لدمج تقنية الخلايا الترادفية البيروفسكايتية المتقدمة في إنتاج الخس ضمن أنظمة الزراعة الكهروضوئية في الولايات المتحدة. يركز هذا التقييم لدورة الحياة "من المزرعة إلى المائدة" على تقنيات الترادف البيروفسكايت-سيليكون (P-S) والبيروفسكايت-بيروفسكايت (P-P)، مع مقارنتها بخط الأساس التقليدي للخلايا السيليكونية الكهروضوئية.
أشار المؤلف المراسل، فينغكي يو (Fengqi You)، إلى أن الدراسة تعالج الزراعة الكهروضوئية كنظام متكامل للغذاء والطاقة والمياه، وليس مجرد مسألة نشر الألواح الشمسية أو إنتاجية المحاصيل في المزرعة. ووفقًا ليُو، تُعد هذه أول تقييم استباقي لدورة الحياة "من المزرعة إلى المائدة" لإنتاج الغذاء في أنظمة الزراعة الكهروضوئية باستخدام تقنية الخلايا الترادفية البيروفسكايتية الناشئة. جمع الفريق بين سيناريوهات الألواح الشمسية المتقدمة، وافتراضات إعادة التدوير الدائرية، وبيانات الإنتاج الزراعي الخاصة بالمناطق، ومدخلات الري والنقل، بالإضافة إلى بيانات الفقد والهدر الغذائي عبر سلسلة التوريد بأكملها، لتقييم قدرة المزرعة على إنتاج الغذاء وتوليد الكهرباء النظيفة وتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وتوفير المياه وتخفيف المنافسة على استخدام الأراضي على مستوى النظام.
استطلع فريق البحث مناطق زراعة الخس الرئيسية في الولايات المتحدة، بما في ذلك وسط وجنوب ساحل كاليفورنيا، والصحراء الجنوبية، ووادي سنترال فالي، بالإضافة إلى ولايتي أريزونا وفلوريدا. باستخدام بيانات الإنتاج الحالية والإنتاجية الإقليمية، حلل الفريق التغيرات في تكوينات الزراعة الكهروضوئية والتقنيات وعمر النظام وكفاءة تحويل الطاقة (PCE) في سيناريوهات مختلفة. أدت التكوينات ذات الكثافة الكاملة ونصف الكثافة والتتبع أحادي المحور والتتبع ثنائي المحور إلى خفض إنتاجية الخس بنسبة 40% و20% و12% و5% على التوالي، مع تقليل احتياجات الري بنسبة 50% و30% و30% و15% على التوالي.
بالنسبة للخلايا الترادفية P-S، افترضت الدراسة ثلاثة سيناريوهات لكفاءة تحويل الطاقة: 25% و30% و35% كحد أقصى. وبالنسبة للخلايا الترادفية P-P، تم تحديد ثلاثة سيناريوهات مماثلة بنسب 25% و30% و35%، مع محاكاة أعمار نظام تبلغ سنتين و5 سنوات و10 سنوات.
استخدم العلماء منهجًا شاملاً لتقييم دورة الحياة من المزرعة إلى المائدة لقياس انبعاثات الغازات الدفيئة وتأثيرات المياه المرتبطة باستهلاك كيلوغرام واحد من الخس الطازج. تشمل حدود النظام إنتاج الأسمدة، والري، والزراعة، والحصاد، وتصنيع وتشغيل الألواح الكهروضوئية، والتعبئة، والنقل المبرد، والتوزيع بالتجزئة، وهدر الطعام من قبل المستهلكين، ومعالجة النفايات في المكبات، مع تضمين توليد الكهرباء من الأنظمة الكهروضوئية، وإعادة تدوير المكونات، وعمليات إعادة التصنيع ضمن إطار الاقتصاد الشمسي الدائري، حيث تُحتسب الفوائد البيئية للكهرباء الشمسية كتجنب لانبعاثات الشبكة.
أظهرت الدراسة أنه في ظل الظروف المواتية، يمكن أن يؤدي تحويل حقول الخس الأمريكية إلى أنظمة زراعة كهروضوئية إلى تعويض يصل إلى 30.9 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون سنويًا، وتوفير حوالي 8.4 مليار متر مكعب من المياه. ومن النتائج البارزة الأخرى التباين الجغرافي: فإمكانية تعويض الكربون القصوى لكل كيلوغرام من الخس لا تظهر بالضرورة في المناطق الأكثر سطوعًا شمسيًا. على سبيل المثال، على الرغم من أن ولاية فلوريدا تتمتع بإشعاع شمسي أقل من المناطق الصحراوية، إلا أن انخفاض الإنتاجية الزراعية يعني أن كل كيلوغرام من الخس يتطلب مساحة أرض أكبر، مما يسمح بتوليد المزيد من الطاقة الشمسية في تكوينات الزراعة الكهروضوئية، وبالتالي يُظهر إمكانية أعلى لإزالة الكربون لكل وحدة. فيما يتعلق بتوفير المياه، تظهر أقوى الإمكانات في المناطق التي تعاني من شح المياه، مثل صحراء جنوب كاليفورنيا وأريزونا.
خلص يو إلى أنه إذا تم تصميمها بشكل مسؤول، يمكن للزراعة الكهروضوئية من الجيل التالي أن تحول الأراضي الزراعية من ساحة تنافس بين الغذاء والطاقة إلى منصة متكاملة لإنتاج الغذاء وتوليد الكهرباء النظيفة والحفاظ على المياه. نُشرت نتائج الدراسة في مجلة "Nexus" تحت عنوان "تعزيز استدامة الغذاء والطاقة والمياه باستخدام الزراعة الكهروضوئية الترادفية البيروفسكايتية القابلة للتوسع".
تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com
