por Chris Malloy
30/03/2021
Agrovoltaicos – colocar painéis solares em terras agrícolas – levam a ganhos de produtividade surpreendentes e maior eficiência energética. Exceto quando eles não o fazem.
Nos arredores da famosa instalação de pesquisa Biosfera 2, longe da pirâmide de vidro futurista e dos trapézios em camadas com habitats independentes, o biogeógrafo Greg Barron-Gafford da Universidade do Arizona supervisiona um pequeno jardim ao ar livre. É um terreno mais escuro e frio do que a maioria, graças à sua característica distintiva: painéis solares. Montados em vigas de 2,7 metros de altura, tão altas que um trator poderia passar abaixo deles, os painéis solares se inclinam contra o céu azul do deserto, lançando sombra nas pequenas fileiras de manjericão e cebolas abaixo.
Barron-Gafford tem testado agrovoltaicos – um termo para terra que combina agricultura e agricultura solar – por 8 anos. Ele começou com um único painel solar na Biosfera 2, em Oracle, Arizona, um local que a Universidade do Arizona possui desde 2011. Mais recentemente, seu projeto se expandiu para locais nas proximidades de Tucson e até mesmo um grande terreno supervisionado em conjunto pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL) em Longmont, Colorado.
“Produzir energia renovável a partir da energia solar não é mais tão complicado”, disse Barron-Gafford, agachado ao lado de uma fileira de cenouras cobertas de palha para verificar a umidade do solo, para ser comparado a um jardim de controle próximo sem um sistema solar suspenso. “O preço realmente caiu. A questão é: onde você coloca isso? ”
“Produzir energia renovável a partir da energia solar não é mais tão complicado.”
É uma boa pergunta. A fim de abordar a mudança climática, o presidente Joe Biden fez campanha em um plano para que os EUA passassem para a eletricidade limpa até 2035. Em 2019, 11% da energia dos EUA vinha de fontes renováveis. Apenas cerca de 2 por cento era solar. Para atingir a meta de 2035, a energia solar provavelmente precisará de uma fatia muito maior de nosso portfólio de energia.
Isso, porém, exigirá expansão por terra. Como os moinhos de vento, os painéis solares precisam de espaço , criando o que foi apelidado de “expansão energética”. Mesmo como uma fração do portfólio de energia dos EUA, a energia solar já levou a conflitos de uso da terra, com os proponentes da energia solar começando a disputar terras com os fazendeiros.
Os agrovoltaicos ajudam a resolver esse dilema espacial. Eles permitem que uma determinada área aproveite o sol não apenas uma, mas duas vezes – como combustível para plantações e como fonte de energia renovável. Mas a economia de espaço não é tudo o que despertou o interesse de pesquisadores e defensores em todo o mundo, dos Estados Unidos à Europa Ocidental e Japão. Outro tipo de simbiose pode ocorrer, com benefícios surpreendentes que estamos apenas começando a entender – uma sinergia inexplorada que pode ter o potencial de transformar a maneira como produzimos alimentos e energia.
Para Barron-Gafford, a ideia surgiu organicamente de um desafio em seu trabalho. Em 2012, estava procurando maneiras de quantificar a temperatura de grandes painéis solares, tentando determinar como eles poderiam contribuir para um efeito de ilha de calor urbano , ou o fenômeno das cidades serem mais quentes do que o campo circundante. Ele percebeu que o calor se acumulava sob o painel solar, tornando os painéis menos eficientes. Talvez, ele pensou, o cultivo de plantas sob os painéis os resfriasse. Afinal, as plantas “exalam” água por meio de um processo chamado transpiração, perdendo água pelos poros à medida que ingerem dióxido de carbono para a fotossíntese.
De fato, o jardim agrovoltaico de Barron-Gafford provou produzir um microclima mais frio sob os painéis do que as usinas solares convencionais, algo que outros estudos ecoaram com as descobertas de seus próprios lotes. Intrigado, ele começou a pesquisar o fenômeno com mais detalhes. Em seu estudo de 2019 de jalapenos, tomates cereja e chiltepines (uma pimenta nativa de deserto dos EUA), Barron-Gafford descobriu que os painéis agrovoltaicos produziram 3% mais energia durante a estação de cultivo de maio a junho e 1% mais no geral.
Mas os benefícios não estavam apenas no lado da eficiência energética. Seu sistema simples – apenas painéis solares erguidos acima das plantas – também ajudou as plantações, que precisavam de muito menos água para crescer. Isso ocorreu devido à sombra fria sob os painéis solares. “Se você derramou sua garrafa de água na sombra e não no sol, onde ela vai ficar molhada por mais tempo? Na sombra ”, disse ele. “Então, estamos apenas usando esses princípios, para tentar fazer um sistema alimentar mais sustentável.”
Mas a sombra também conferiu outro benefício significativo, que pode ser tentador para os agricultores que se preocupam com a produtividade: fez com que as plantas de Barron-Gafford crescessem de forma diferente.
Algumas plantas prosperam sob o sol parcial, especialmente em regiões semiáridas onde as fazendas podem estar cultivando safras não nativas inadaptadas à escassez de água, como o sudoeste. Isso torna os painéis solares um parceiro de crescimento ideal. A sombra que eles fornecem, mantém a umidade no solo por mais tempo, o que evita que as plantas se estressem, explicou Barron-Gafford; em vez de queimar suas reservas de energia mais cedo, as plantações podem manter a fotossíntese a uma taxa mais uniforme e medida ao longo do dia.
Em algumas espécies, isso leva a um aumento acentuado da produção, Barron-Gafford descobriu: A presença de plantas aumenta a produção de energia solar e os painéis solares retribuíram o favor para duas das três plantas que ele estudou. A produção de tomate dobrou, com 65% a mais de eficiência hídrica. A produção de Chiltepin triplicou. A produção de Jalapeno foi estática, mas com a eficiência hídrica 157 por cento maior – uma vitória em uma região envolvida em uma seca histórica.
Embora esses números representem ganhos de produtividade surpreendentes, resultados semelhantes podem não ser possíveis em todas as regiões ou com todas as safras, disse Jordan Macknick, analista-chefe de energia-água-terra do NREL. Macknick estudou agrovoltaico com a NREL desde 2010, trabalhando para entender “o que cresce sob os painéis solares, onde e por quê”. Hoje, ele analisa dados de 25 locais, incluindo o terreno na Biosfera 2, juntos formando “uma rede de projetos que são projetados para explorar o equilíbrio entre o desenvolvimento da energia solar e a agricultura”.
É claro que o que funciona no Arizona pode não funcionar no noroeste do Pacífico e o que funciona na Nova Inglaterra pode não funcionar no sul. “Um dos desafios é que muitas coisas em agrovoltaicos são muito específicas do local”, disse Macknick. “Você tem que se esforçar muito para extrapolar os resultados de uma região para outra.” Seus parceiros de pesquisa adotam uma abordagem consistente para permitir a comparação.
“Você tem que se esforçar muito para extrapolar os resultados de uma região para outra.”
Projetos agrovoltaicos em todo o mundo já demonstram alguma desta variabilidade inerente. Em Minnesota, os painéis solares protegendo o gado de uma pastagem rotativa reduziram com sucesso o estresse térmico dos animais enquanto alimentavam uma sala de ordenha. Na Bélgica, um campo de batata agrovoltaica mostrou microclimas mais frios abaixo dos painéis e menos evaporação, bem como folhas maiores com “capacidade de colheita de luz adaptada”. Mas em outros locais, os resultados são mais mistos. Em Massachusetts, vários produtores de pântanos de cranberry adotaram a agrovoltaica, na esperança de que a energia solar forneça uma fonte adicional de receita e contrabalance a queda dos preços – embora alguns temam que a safra não responda tão bem à sombra, relata a Associate Press. Na Itália, a produção de espinafre diminuiu em um estudo. Ainda assim, seus pesquisadores observaram fotossíntese mais eficiente e maior produção de proteínas. Eles calcularam que o valor financeiro do espinafre agrovoltaico permaneceu maior, dada a produção de energia solar.
Geralmente, a pesquisa sugere que os agrovoltaicos podem beneficiar, no mínimo, uma pequena fração das terras agrícolas globais. Mas essa tecnologia não precisará funcionar em todos os lugares para se tornar uma ideia transformadora. Escrevendo na revista Scientific Reports , cientistas da Oregon State University descobriram que se apenas 1 por cento das terras agrícolas globais ganhassem painéis solares, “a demanda global de energia seria compensada pela produção solar”.
Pense nisso por um segundo: transformar apenas 1% das terras agrícolas em agrovoltaico – um método que também pode aumentar as colheitas em muitos ambientes – poderia mais do que satisfazer a demanda mundial de energia , gerando BTUs na casa dos cem quatrilhões.
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Embora sensato na teoria e simples na imaginação, transformar visões de fazendas com painéis solares em realidade traz seus próprios desafios. Os sistemas agrovoltaicos não são uma panaceia: eles podem introduzir novas incertezas, exacerbar antigas complexidades e muitas questões permanecem.
Primeiro, há a questão da logística agrícola. Culturas que requerem pulverização aérea, como o algodão, provavelmente não irão prosperar nesses sistemas. Houve preocupações sobre como a chuva poderia escorrer dos painéis e causar erosão, embora essas preocupações fossem infundadas tanto em um estudo alemão quanto no trabalho de Barron-Gafford. Além disso, os painéis baixos podem obstruir os veículos agrícolas. Barron-Gafford e outros pesquisadores tendem a manter os painéis de 6 a 9 pés acima do solo – muito baixos para algumas colheitadeiras grandes, mas altos o suficiente para muitos tratores. Esses veículos podem elevar a poeira sobre os painéis, reduzindo a eficiência. Um estudo observa que os painéis autolimpantes ajudariam, assim como ajustar a irrigação para limpar os painéis antes de pingar nas plantações, “facilitando assim o uso eficaz da água”.
Em segundo lugar, surgem restrições de cultivo. Algumas plantas não gostam de sol parcial. O milho, por exemplo, apresentou crescimento mais fraco do colmo e menores taxas de fotossíntese à sombra. Cientistas como Barron-Gafford ainda estão determinando quais plantações têm melhor desempenho em painéis.
De forma mais ampla, os agrovoltaicos introduzem novas variáveis ao negócio da agricultura, que já está abarrotado delas. Um fator indesejável: raios podem atingir painéis solares. Um estudo prevê que isso acontecerá uma vez a cada 30 anos e pode ser evitado por meio de pára-raios.
“Se eu visito minhas ovelhas na hora do almoço, sob os painéis elas estão dormindo, estão ruminando, não estão estressadas. E eles bebem menos água do que se eu os tivesse em casa aqui na fazenda. ”
Outros desafios são mais incômodos. Em uma pesquisa conduzida pela Michigan Technological University , os fazendeiros expressaram preocupação por não saber como os mercados de produtos agrícolas ou de gado podem ser nos próximos anos. Um agricultor que faz um investimento em agrovoltaicos deve olhar 10, 20, 30 anos no futuro para projetar receitas, e calcular as margens de lucro ainda é um exercício especulativo. Além disso, alguns agricultores entrevistados se perguntaram como o concreto e as vigas podem mudar a terra ao longo do tempo, com um influxo de grandes estruturas permanentes potencialmente causando problemas para as plantações ou para o gado.
Talvez o mais significativo seja o fato de que os custos iniciais do agrovoltaico são gigantescos. Eles terão que ser custeados por meio de alguma combinação de políticas, incentivos fiscais, empréstimos favoráveis e/ou integração em redes elétricas, onde os agricultores podem lucrar com a venda da luz solar que cultivam. No final, o saldo dos custos de capital iniciais para instalação, vendas de energia solar e vendas de agricultura deve exceder as vendas de uma fazenda tradicional.
Esses novos desafios levaram a algumas parcerias e abordagens incomuns. O pastejo solar, por exemplo, normalmente significa trazer gado de fazendas e ranchos de fora para ajudar a manter um local solar.
“Com a energia solar … os animais têm sombra em abundância”, disse Lexie Hain, diretora executiva da American Solar Grazing Association, que pratica o pastoreio solar com ovelhas no interior do estado de Nova York. “Se eu visito minhas ovelhas na hora do almoço, sob os painéis elas estão dormindo, estão ruminando, não estão estressadas. E eles bebem menos água do que se eu os tivesse em casa aqui na fazenda. ”
Como muitos pastores solares, Hahn transporta suas ovelhas para fazendas solares para pastar. Os proprietários precisam cortar a vegetação para que não bloqueie ou danifique os painéis – então, por um preço e ração para seus animais, os pastores solares entram em ação. “Posso fazer isso por cerca de metade do que os paisagistas fazem”, disse Richard Cocke, um pastor que traz suas ovelhas para dois locais solares no sul do Arizona, tendo parado de visitar um terceiro devido a problemas com o coiote. “Não danifico os painéis. E é verde. ”
Sites amigáveis para polinizadores são outra subcategoria. De acordo com a pesquisa de Yale , essa abordagem – que envolve o cultivo de plantas não alimentares benéficas, como flores silvestres perenes e gramíneas nativas sob células solares – pode aumentar a recarga da água subterrânea, reduzir a erosão do solo e aumentar a eficiência solar, criando um microclima mais frio para os painéis. Também pode aumentar o rendimento das safras em fazendas vizinhas de safras que requerem polinização. Mas a adoção em larga escala, escrevem os autores do estudo, “garante uma intervenção política”. Sem safras para vender, os produtores de energia solar focados em polinizadores provavelmente precisariam que legisladores e líderes empresariais reconheçam os serviços ecossistêmicos que eles fornecem, desenvolvendo sistemas de incentivos financeiros para fazer com que o trabalho extra valha a pena.
“Talvez depois de alguns anos, depois que nossos pesquisadores terminarem de estudar aqui … teremos uma noção do que podemos fazer com a terra sob os painéis solares.”
A necessidade de uma política de apoio ecoa na cadeia de pessoas envolvidas com agrovoltaicos, incluindo Byron Kominek, o proprietário do Jack's Solar Garden, um local com o qual Macknick e Barron-Gafford trabalham. Este lote agrovoltaico de Longmont, Colorado é o maior da América.
Concluído no final de 2020, o sistema solar de 3.200 painéis do Jack's Solar Garden se estende por cinco acres e pode fornecer energia para mais de 300 residências. Anteriormente, a fazenda produzia feno. Agora, Kominek vai cultivar vegetais e tudo o que os pesquisadores quiserem testar, principalmente para coleta de dados. “Talvez depois de alguns anos, depois que nossos pesquisadores terminarem de estudar aqui … teremos uma noção do que podemos fazer com a terra sob os painéis solares e [podemos] começar a crescer”, disse Kominek.
Para começar, a Jack's ganha dinheiro com a venda de energia. Tem assinantes que, por meio de uma empresa de energia local, compram energia de sua rede solar quase como se produzisse de um CSA. O maior assinante é uma empresa local de cannabis. Essas infusões de dinheiro ajudaram com a “grande despesa” de instalação. “Pudemos cobri-lo porque basicamente pedimos aos nossos assinantes que nos pagassem à vista por X anos”, disse Kominek. “Isso nos ajuda a ter o capital inicial que podemos recompensar nossos engenheiros que ajudaram a construir o sistema.”
“No final, essas coisas só acontecem se houver financiamento. Eles não trabalham com esperanças e sonhos. ”
Kominek espera que os legisladores examinem os projetos e outros desenvolvimentos de Barron-Gafford, como o cenário emergente em Massachusetts, o único estado com incentivo financeiro para sistemas agrovoltaicos (6 centavos por quilowatt-hora). Ele espera que a prática possa ser promovida por meio da criação de regras.
“No final, essas coisas só acontecem se houver financiamento”, disse ele. “Eles não trabalham com esperanças e sonhos.”
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Em locais como o jardim agrovoltaico na Biosfera 2, um complexo construído para testar como as pessoas podem viver em outros planetas, ainda estamos aprendendo dicas para viver neste.
A safrinha de inverno de Barron-Gafford inclui seis plantas, como grão-de-bico e favas, que também aparecerão em um jardim irmão administrado pelo Instituto Arava de Estudos Ambientais no Deserto de Arava da Jordânia e Israel, lar de um clima semelhante ao deserto de sul do Arizona. Cada vez mais, os pesquisadores agrovoltaicos estão colaborando para descobrir as nuances da tecnologia, que – embora cara, não para todos os climas ou culturas e, sem dúvida, uma praga estética na terra – reúne camadas de potencial.
Parado com as botas na sujeira do condado americano com o segundo maior risco climático , Barron-Gafford pondera sobre o futuro. “O que acontecerá nos próximos 50 anos, quando estivermos sob pressão crescente por causa da queda dos reservatórios?” ele pergunta. “Que tal 50 anos quando nossas temperaturas estão além do que as plantas possam suportar?”
Para que os EUA cumpram suas metas de eletricidade e evitem um maior caos climático, a energia renovável provavelmente terá de crescer. Portanto, o fato de que o mundo poderia atender à demanda de energia adicionando painéis solares a 1% das áreas cultivadas sugere que os agrovoltaicos são um problema que vale a pena questionar. Com as políticas, incentivos e apoio do agricultor certos, a tecnologia pode ser uma rara vantagem para todos. Pode até ser uma fruta mais próxima.
Chris Malloy é um escritor do Nordeste que agora vive no Sudoeste. Para contar histórias, ele saiu em busca de alimentos no sul das Montanhas Rochosas e no deserto de Sonora, fez uma busca para preparar cerveja durante a noite em uma floresta, vagou por um pomar de montanha selvagem com cientistas fabricantes de cidra e foi caçar com apaches. Ele cobre principalmente alimentos, cultura, agricultura, meio ambiente e inovação.
Tradução livre, parcial, de Luiz Jacques Saldanha, abril de 2021.