Matthew Sturchio

مع سعي المجتمعات للبحث عن طرق لخفض انبعاثات الغازات الدفيئة وإبطاء التغير المناخي، تؤدي الطاقة الشمسية على نطاق واسع دورًا مركزيًا. يرى علماء المناخ أنها الأداة ذات الإمكانات الأكبر لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2030. في الولايات المتحدة، تتوقع وزارة الطاقة أن تشكل الطاقة الشمسية ما يقارب 60% من إجمالي القدرة الجديدة المركبة لتوليد الكهرباء على نطاق الخدمات في عام 2024.

لكن المواقع المثالية لتطوير الطاقة الشمسية غالبًا ما تتداخل مع الأراضي الزراعية أو الأراضي العشبية المستخدمة لرعي الماشية. عادةً ما يتم تصميم مجموعات الطاقة الشمسية على نطاق واسع لتعظيم توليد الطاقة، دون الكثير من الاعتبار للنظم البيئية التي يتم وضعها فيها.

على سبيل المثال، قد يؤدي تسوية الأرض وإزالة النباتات إلى التسبب في تآكل التربة وانجراف مياه الأمطار إلى المسطحات المائية. وقد تم تغريم مطوري الطاقة الشمسية بسبب مثل هذه الانتهاكات البيئية في جورجيا، وماساتشوستس، وألاباما، وأيداهو، وإلينوي.

هناك أيضًا مخاوف حول كيفية تأثير التركيبات الشمسية الكبيرة على أنماط حركة الحيوانات. في الغرب الأميركي، يمكن أن يهدد إزالة النباتات الأصلية لإفساح المجال لمزارع الطاقة الشمسية، الحيوانات والحشرات المهددة بالانقراض التي تعتمد على هذه النباتات كمصدر للغذاء والموطن. تحتاج مجتمعات النباتات الأصلية وقتًا طويلاً لإعادة تأسيس نفسها في هذه المناطق المحدودة المياه بعد أن تتعرض للإزعاج.

أنا عالم بيئة وعضو في فريق بحثي تقوده “آلان ناب” في جامعة ولاية كولورادو. نحن ندرس كيف يؤثر تطوير الطاقة الشمسية على صحة نظام الأراضي العشبية، وبشكل خاص كيف تتغير أنماط نمو النباتات واستخدامها للماء واستجابتها للضوء بمجرد تركيب الألواح الشمسية فوقها. من خلال هذا العمل، نأمل في تقديم معلومات تساعد في دعم مستقبل أكثر استدامة للطاقة الشمسية.

استخدام الأرض لغرضين أفضل من واحد

بديل متنامٍ لاستخدام الأرض لتوليد الطاقة الشمسية فقط، هو ما يُعرف بالزراعة الكهروضوئية. كما يوحي اسمها، تجمع هذه الاستراتيجية بين الزراعة والطاقة الشمسية على نفس قطعة الأرض. يمكن أن تتم مشاريع الزراعة الكهروضوئية على الأراضي الزراعية، والأراضي المستخدمة للرعي، والمواطن الطبيعية للملقحات الزراعية الهامة. أصبح هذا النهج المزدوج لتطوير الطاقة الشمسية شائعًا في جميع أنحاء العالم.

غالبية مشاريع الزراعة الكهروضوئية في الولايات المتحدة تُقام على أراضٍ تُدار لرعي الماشية ومواطن الملقحات. تُعد هذه المواقع مثالية لمشاركة موقع توليد الطاقة الشمسية لأنها لا تتطلب الري أو استخدام الآلات الزراعية الكبيرة على عكس الأراضي الزراعية.

مع ذلك، تعتمد هذه الأراضي على مياه الأمطار لدعم نمو النباتات، وتؤثر وجود الألواح الشمسية على كيفية وصول الماء إلى التربة. وتستخدم معظم أنظمة الزراعة الكهروضوئية برامج تتبع الشمس التي تزيد من إنتاج الطاقة عن طريق إمالة الألواح لتتبع الشمس في مسارها عبر السماء. ومع حدوث ذلك، تخلق الألواح بيئات دقيقة متميزة تختلف كثيرًا عن الظروف الطبيعية.

على سبيل المثال، في كولورادو، يحدث معظم الهطول في فترة بعد الظهر، عندما تكون الألواح الشمسية مائلة نحو الغرب تجاه الشمس. نتيجة لذلك، يتركز معظم الأمطار في المواقع الزراعية الكهروضوئية عند الحواف الغربية للألواح، حيث يتساقط على الأرض. يمكن أن تؤدي إعادة توزيع الأمطار هذه إلى زيادة كمية الأمطار عند حواف الألواح بما يصل إلى أربعة أضعاف، وتقليل كمية الأمطار في مناطق أخرى.

عامل آخر، هو أن الألواح الشمسية توفر الظل على الأراضي العشبية المتكيفة مع ظروف الإضاءة العالية. بما أن الألواح مُحسنة لاعتراض أشعة الشمس، فإن الضوء الواصل إلى النباتات أسفل الألواح يكون أقل بكثير.

البيئة وراء الزراعة الكهروضوئية

حتى الآن، تُظهر أعمالنا أن البيئات الدقيقة المتميزة التي تخلقها الألواح الشمسية تنتج أنماطًا متنوعة بصورة مماثلة لنمو النباتات. هذه النتيجة مشجعة: فهي تعني أن التنوع البيئي الذي تنتجه الألواح الشمسية التي تتبع الشمس بشكل سلبي، يكفي لجعل النباتات تستجيب بشكل مختلف. ويمكن لهذه البيئات الدقيقة أن تدعم فسيفساء من المجتمعات النباتية التي تستفيد من الظروف المختلفة.

في بعض الحالات، قد تكون الظروف المختلطة مثل هذه، التي تتضمن مستويات متفاوتة من الضوء والماء، أمرًا جيدًا. من بين المفاهيم التي تم اختبارها جيدًا في علم البيئة الترميمية ــ علم استعادة النظم البيئية المتضررة ــ أن البيئات الأكثر تنوعًا تدعم مزيجًا أكثر تنوعًا من النباتات والحيوانات.

في ورقة بحثية لعام 2023، قمنا بتوضيح مفهوم يدعو إلى اتباع نهج مستنير بيئيًا في تطوير الطاقة الشمسية. يُطلق على هذا النهج اسم الزراعة الكهروضوئية البيئية (ecovoltaics)، وهو يتطلب إعطاء أولوية متساوية لإنتاج الطاقة وخدمات النظام البيئي.

يسمح النهج الكهروضوئي البيئي (ecovoltaic) لمديري الأراضي باستخدام الطاقة الشمسية لصالحهم. وتصميم وإدارة مصفوفات الألواح الشمسية بطرق مستندة إلى المفاهيم البيئية الأساسية، يمكن أن ينتج تآزرًا أكبر بين النظم البيئية والطاقة الشمسية.

ويمكن لمديري الأراضي استخدام النهج الكهروضوئي البيئي (ecovoltaic) لتحسين الأراضي المتدهورة من خلال تصميم مصفوفات الألواح الشمسية بطريقة تعزز العمليات الطبيعية. على سبيل المثال، نظرًا لأن حواف الألواح الشمسية تعيد توزيع الأمطار وتركزها، مما يجعل التربة تحتها أكثر رطوبة، فإنها يمكن أن تساعد في إقامة الشتلات في تلك الأماكن.

في المناطق الجافة، يمكن تصميم المصفوفات الشمسية بطريقة تعزز هذا التأثير وتحسن من عمليات الترميم البيئي. إذا كان الماء نادرًا، يمكن تصميم المصفوفات بحيث تقلل من مساحة الأرض المكشوفة، والتي بدورها ستقلل من كمية الماء المفقود إلى الغلاف الجوي عبر التبخر.

الطاقة الشمسية بطريقة مختلفة

تؤثر العديد من العوامل على قرارات إدارة الأراضي، بما في ذلك تاريخ الأرض وإمكانية الوصول إلى المياه وأنواع التربة والغطاء النباتي والتضاريس. وتضيف الخلايا الفولتية البيئية عاملًا إضافيًا، وهو موازنة إنتاج الطاقة لكل وحدة مساحة مع تقييم التأثيرات البيئية لمجموعة محددة من مصادر الطاقة الشمسية.

يتطلب النهج البيئي للطاقة الشمسية إعادة التفكير بشكل أساسي في كيفية اتخاذ قرارات تطوير الطاقة الشمسية. واليوم، يحد الوصول إلى خطوط نقل الكهرباء من إمكانية نشر الطاقة الشمسية في العديد من المناطق. إذا كانت خطوط النقل والمحطات الفرعية بعيدة جدًا، أو صغيرة الحجم، فمن غير المرجح أن يتم تطوير الطاقة الشمسية.

ويمكن لمشاريع النقل الجديدة التي تخفف من هذه القيود الجغرافية أن توفر المزيد من الخيارات .ومع قدر أكبر من المرونة في اختيار المواقع، يمكن للمطورين الابتعاد عن النظم البيئية الطبيعية شديدة الحساسية وتركيب ألواح شمسية على الأراضي المهجورة أو المحدودة المياه أو المتدهورة بدلًا من ذلك. يمكن أن تكون الخلايا الفولتية البيئية حلًا لتحقيق الاستقرار في اقتصاد المجتمعات التي تم فيها سحب الأراضي المنتجة للحفاظ على الموارد.

تتم توسعة الطاقة الشمسية إلى مستويات تجعلها محورية للانتقال إلى طاقة نظيفة. أنا وزملائي نعتقد أن تطوير الطاقة الشمسية يجب أن يتم بطريقة تعكس التفكير البيئي. من وجهة نظرنا، يمكن للنهج الكهروضوئي البيئي للطاقة الشمسية أن ينتج عنه نتائج بيئية إيجابية ويجعل الطاقة الشمسية أكثر استدامة.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر : The Conversation