חקלאות וייצור אנרגיה הן שתי פעילויות אנושיות שמשפיעות באופן ברור על שינוי האקלים העולמי. מחקר חדש שנערך באוניברסיטת אריזונה מציע לחבר בין שתי הפעולות ולהפחית את ההשפעה השלילית שלהן על הסביבה באמצעות מערכת אגרי-וולטאית, שבה הגידולים החקלאיים גדלים מתחת לצל שמספקת מערכת של פאנלים סולאריים (פוטו-וולטאים) המייצרת אנרגיה מתחדשת.
שילוב מנצח
החקלאות וייצור החשמל מהשמש מתמודדים עם אתגר דומה: גלי החום המתגברים בעקבות שינוי האקלים. גלי החום פוגעים גם בגידולים החקלאים (בעיקר בגלל ההשפעה על ניצול המים וזמינותם) וגם בתאים הפוטו-וולטאיים (שהופכים פחות יעילים בייצור החשמל בטמפרטורות גבוהות). על פי המחקר החדש, החיבור בין שני רכיבי המערכת האגרי-וולטאית מצליח להתמודד עם מגבלות המים, זמינות הקרקע הראויה לעיבוד והטמפרטורה ההולכת ועולה.
כיסוי החלקה החקלאית בפאנלים סולריים, המצלים על הגידול מתחתם, מצמצם אובדן מים מהקרקע באידוי ושומר על טמפרטורה נמוכה יותר בקיץ או מתונה יותר בחורף. גם צריכת המים של הצמחים עצמם יורדת. טמפרטורות גבוהות חושפות את הגידול לעקה (סטרס) והצמחים מגיבים לו למשל באמצעות כמישת עלים. ההצללה מונעת את העקה (וכן יכולה למנוע היווצרות פוטו-אינהיביציה - מצב בו עוצמת האור החזקה בשעות הצהריים פוגעת במערכת הפוטו-סינתטית וגורמת לצמח להתגונן מהקרינה ולצמצם את קצב הפוטוסינתזה שלו) וכך הצמח יכול להמשיך לבצע פוטוסינתזה (הטמעה), מה שמוביל ליבול גבוה יותר יחסית לתנאים הקיימים כיום בשדות חקלאיים.
על פי המחקר, למרות ההצללה עדיין מגיע מספיק אור אל הגידול כדי לאפשר את תהליך הפוטוסינתזה עצמו. מצד שני, חלק מהמים בכל זאת מתאדה מהגידולים והצטברות הלחות מתחת לפאנלים יוצרת קירור-מקומי ועובדה זו שומרת על יעילות התפוקה של התאים הפוטו-וולטאיים.
אל תפספס
רעיונות שמשנים עולם
הפרויקט הגיע לרשימה הסופית של המועמדים לפרס "רעיונות שמשנים עולם" בשנת 2018 בתחום האנרגיה (המקום הראשון הוענק בסופו של דבר למשאית-משא חשמלית). אולם הוא אינו ראשון מסוגו. פרויקט דומה נמצא בשלב ההזנק בגרמניה, שם מצא צוות המחקר כי יעילות השימוש בקרקע עולה ב-60 אחוז בשיטה המשולבת. ביפן מתבצעים פרויקטים אגרי-וולטאיים נוספים, למשל כאלו בהם הפאנלים הסולאריים מהווים חלק מחממות עגבניות. במלזיה מתנסים במערכות משולבות כבר כעשור והן נחשבות לחלק מתמהיל המעבר של המדינה לכלכלה ירוקה.
הפאנלים מותקנים בגובה של שלושה מטרים בערך מעל לקרקע, מה שמאפשר לחלק מהציוד חקלאי - כמו טרקטורים נמוכי-שילדה - לפעול בשטח ולאסוף את היבול באופן ממוכן. מאידך, ההתקנה לגובה מחייבת השקעה נוספת בתשתית מתכת כדי לתמוך בפאנלים, אך החוקרים סבורים כי השקעה זו מתקזזת עם החיסכון במים, היבול הנוסף וכנראה גם מהתמורה ממכירת האנרגיה המיוצרת.
מחירי הפאנלים הסולאריים בעולם ממשיכים לצנוח, בעיקר בזכות צעדי מדיניות שנוקטות מדינות שונות, ושילוב נרחב בעשייה החקלאית יכול להמשיך מגמה זו ולהרחיב את היצע האנרגיה המתחדשת וכמו כן לצמצם את הפגיעה בשטחים פתוחים לא מופרים שנדרשת כיום על מנת להקים חוות סולאריות קונבנציונליות חדשות. בצרפת, למשל, נכללות כעת מערכות אגרי-וולטאיות במכרזים ציבוריים לחדשנות בייצור אנרגיה מתחדשת. הפרויקט באריזונה נתמך בידי משרד האנרגיה האמריקאי במסגרת מספר בפרויקטים המשלבים אנרגיה סולארית עם פתרון בעיות חקלאיות אחרות כמו טיוב קרקע וניהול מי נגר.
אות חיובי לעתיד
חלקת הניסוי העיקרית באריזונה היא עדיין קטנה, בערך 165 מ"ר, אבל היא מתרחבת לחלקות נוספות שמנוהלות בשיתוף עם חקלאים מקומיים. מן הממצאים ניתן להשליך בזהירות לישראל: קבוצת הגידולים המצליחה בחלקות הניסוי כוללת עגבניות, פלפלים, עשבי תבלין (כמו כוסברה), גזר, אפונה ושעועית, שמרביתם מגודלים גם בישראל. יותר מזה, האקלים המדברי של אריזונה דומה באופיו למחצית ממדינת ישראל שנאבקת להגדיל באופן יעיל את ייצור החשמל הסולארי בה, בעיקר בשל הגורם המגביל של זמינות קרקע והחשש שעולה מפגיעה נרחבת נוספת בשטחים הפתוחים; פתרון אגרי-וולטאי יכול להיות כזה שימנע את הצורך בהתמרת שטחים כאלו.
במדינת קליפורניה בארה"ב, שחווה משבר מים מתמשך ומקדמת תכנית להפוך לניטרלית מבחינת פליטות פחמן עד 2045, מתכננים להפוך שטחי חקלאות לחוות סולאריות וכך לצמצם את היקף השטחים שיש להשקות במי אקוויפר שאובים. יכול להיות שפתרון אגרי-וולטאי הוא הנכון עבור קליפורניה, אך בינתיים עיקר הפאנלים הסולריים בחקלאות מותקנים על בתי הגידול של בעלי חיים (רפתות, דירים או לולים). לצד אלו מותקנים, באזורים בהם האקלים מתאים, חוות סולריות על שטחי מרעה. כשגם בשטחים אלו לשילוב השימושים יש השפעה חיובית של הגדלת המזון לעדרים.
משרד החקלאות לא מתכוון להשקיע בפיתוח
בניגוד לארצות הברית, חלקות החקלאות בישראל הן קטנות יותר ולכן יש לבצע תחשיב מפורט יותר בדבר היעילות הכלכלית עבור מפעיל החלקה. עם זאת, הממצאים מהפרויקטים של מערכות אגרי-וולטאיות יכולים להיות אות חיובי לבאות. פרופ' אבי פרבולוצקי, מומחה לאגרו-אקולוגיה, סבור כי "כדי לקבוע אם מערכת אגרי-וולטאית יכולה להתאים לחלק מהגידולים בישראל, במיוחד באזורים דרומיים, יש צורך לבצע ניסויים בתחום זה בישראל כחלק מהצעדים לקידום חקלאות ידידותית לסביבה. בנוסף, בשל תרומתה של החקלאות לנוף בישראל, יש לברור את המקומות הראויים לפיתוח אגרי-וולטאי".
במהלך מפגש בעלי עניין בנושא שטחי חקלאות ופאנלים סולריים, שהתקיים בסוף יוני 2019 ביוזמתם של הפורום הישראלי לתזונה בת-קיימא ומרכז השל לקיימות, הציג רענן אמויאל ממשרד החקלאות את עמדת המשרד, לפיה הם מתנגדים ליזמות של שדות סולאריים על שטחים חקלאיים, התנגדות לה שותפים גם רשות מקרקעי ישראל והיועץ המשפטי לממשלה, כל אחד משיקוליו הוא. "אנו צופים כבר כעת 400,000 דונם פיתוח על חשבון קרקעות חקלאיות ועוד עשרות אלפי דונמים לאנרגיות מתחדשות מבלי שדובר על העלות האלטרנטיבית של קרקע חקלאית וללא הסתכלות ארוכת טווח שדורשת חיסכון בקרקעות חקלאיות שהן גם סוג של עתודות למדינה לפיתוח", אמר אמויאל. "המשרד מבין את הרצון לפתח קרקע חקלאית לפאנלים סולאריים אך לא ייתכן שירוצו ישר לקרקע החקלאית מבלי שנעשים מאמצים אמיתיים למצות את פוטנציאל הגגות והשטחים הבנויים".
לגבי נושא הדו-שימוש בקרקע, נטען במפגש שמשרד החקלאות תומך בנושא, אך לא רואה עצמו כבעל תפקיד במחקרים הקשורים בייצור אנרגיה (זאת למרות שהוא כן עוסק בדו-שימוש בבריכות דגים). "המשרד לא מכיר מחקרים רציניים, מעמיקים שנעשו בנושא בתנאים הרלוונטיים לחקלאות הישראלית, שכן לרוב לא ניתן להסיק מהתנאים במדינה אחת על תנאים של מדינה אחרת, ולא מכירים מערכות שמאפשרות טיפול מלא חקלאי בשטח, כולל מעבר טרקטורים, ריסוס ושנטוע", אמר אמויאל.
לסיכום אמר מויל ש"אם ייווכח המשרד שקיים שילוב אמיתי בין גידול חקלאי ופאנלים סולאריים ולא שימוש לא ראוי בקרקע חקלאית, המשרד יהיה נגיש לעניין אך אין לו עניין לתקצב בשלב זה מחקר ופיתוח בתחום".