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一塊土地可以做很多事情。它可以種植樹木和農(nóng)作物。它可以支撐住家、辦公大樓或工廠。它可以是一個停車場。但它不能同時做所有這些事情。必須做出選擇。如果住在那里的人沒有足夠的食物，那么建造世界上最高的公寓樓是沒有用的。如果太陽能電池板沒有為作物或住宅留出可用空間，那么隨處放置太陽能電池板是沒有用的。

多任務處理是最近悄悄進入我們詞匯表的一個詞。計算機可以同時打開多個選項卡，并且仍然可以進行在線聊天。隨著世界人口變得越來越稠密，土地也需要承擔多項任務。這里有一些例子說明它是如何工作的。

太陽能使土地更具生產(chǎn)力

在威斯康星州，一百萬英畝的農(nóng)田被用來種植玉米，然后將其轉(zhuǎn)化為乙醇。在上周由 Clean Wisconsin 的 Paul Mathewson 和 Nicholas Bosch 發(fā)表的一份報告中，研究人員做出了一些驚人的觀察。以下是他們的發(fā)現(xiàn)介紹。

威斯康星州已經(jīng)使用超過 1,000,000 英畝的農(nóng)業(yè)用地，以玉米的形式用于生產(chǎn)乙醇的能源生產(chǎn)。與太陽能光伏 (PV) 相比，乙醇是一種效率低得多的能源生產(chǎn)形式。\ 使用能源投資回報 (EROI) 作為衡量標準，太陽能光伏的 EROI 約為 8，而玉米衍生的乙醇約為 1.2 EROI。使用這個指標，太陽能光伏產(chǎn)生的能量中有 88% 流向了社會，而 12% 被生產(chǎn)需求所抵消。

相比之下，玉米乙醇產(chǎn)生的能量有20%流向社會，80%被生產(chǎn)需求所抵消。假設(shè)平均 EROI，太陽能光伏每英畝的凈能源產(chǎn)量是玉米乙醇的100 到 125 倍[強調(diào)]。為實現(xiàn)威斯康星州的無碳目標，采用當今技術(shù)的太陽能光伏發(fā)電將需要 240,000 至 285,000 英畝的土地。這相當于該州農(nóng)業(yè)用地的 1.7% 至 2.0%，不到目前用于種植乙醇玉米的土地的 1/3。

Clean Wisconsin 說，威斯康星州那 100 萬英畝的農(nóng)田種植用于生產(chǎn)乙醇的玉米，如果改種太陽能農(nóng)場，其產(chǎn)生的能量是原來的 100 倍。“人們擔心我們將停止生產(chǎn)太多的農(nóng)田來安裝太陽能電池板，”馬修森在新研究附帶的新聞稿中說。“但我們已經(jīng)在使用大量土地，主要以玉米制成乙醇的形式收獲能源。這一分析表明，利用太陽能，我們可以如何使用更少的土地收集更多的能源。”

給我們錢！

在美國的中心地帶，種植玉米接近于一種宗教。農(nóng)民從玉米生產(chǎn)中賺取的錢往往是謀生和破產(chǎn)之間的區(qū)別。那么，他們?yōu)槭裁匆淖円粋€已經(jīng)支付了幾代人的賬單的系統(tǒng)呢？收入穩(wěn)定是原因之一。耕作可能很艱難，因為農(nóng)民永遠不知道農(nóng)場從一年到下一年會賺多少錢。

Clean Wisconsin 的 Amy Barrilleaux 告訴Wisconsin Examiner ，普渡大學 2021 年的一項全國調(diào)查稱，收到的農(nóng)民租賃土地用于太陽能發(fā)電的報價中，有一半以上的價格為每英畝 750 美元或更高。“玉米每年都在波動，農(nóng)民的利潤因政府支付而變得復雜，但我們的理解是，玉米凈利潤通常低于每英畝 600 美元，這使得太陽能租賃的低端玉米豐收。”

“為了在農(nóng)村和城市社區(qū)為我們的孩子建設(shè)一個更健康的未來，我們迫切需要在威斯康星州開展更多太陽能項目，”Clean Wisconsin 氣候、能源和空氣項目主任 Chelsea Chandler 說。“這項研究表明，我們可以將目前用于種植玉米的土地的一小部分用于生產(chǎn)乙醇，而是建造太陽能農(nóng)場，以產(chǎn)生豐富的清潔、本土能源。”

所有這一切的結(jié)果是，種植玉米生產(chǎn)乙醇可能對農(nóng)業(yè)收入有利——主要是因為政府補貼——但這對國家來說是一筆糟糕的交易，因為它既浪費又低效。在未來的世界中，效率將成為人類社會的重中之重。在交通運輸中，由內(nèi)燃機提供動力的典型車輛只能將一加侖汽油或柴油中大約四分之一的能量轉(zhuǎn)化為前進動力。在典型的電動汽車中，電池中存儲的能量中至少有 80% 會轉(zhuǎn)化為運動。正如電動汽車事半功倍一樣，我們的農(nóng)業(yè)也應該如此。

紅光、藍光


我們認為陽光是單一的東西，但它是幾種波長的組合，包括人眼看不到的波長。加州大學戴維斯分校的研究人員正在對可見光譜兩端的光進行實驗。他們的研究表明，藍光最適合太陽能電池板，而紅光最適合種植農(nóng)作物。“如果我們可以為兩者優(yōu)化土地，為什么 [農(nóng)業(yè)] 必須是零和游戲？”加州大學戴維斯分校副教授 Majdi Abou Najm 問道，他是最近一份報告的合著者。

他解釋說，光子具有不同的屬性。藍色的比紅色的具有更高的能量，從而產(chǎn)生波長更短、頻率更高的光。雖然這為藍光提供了發(fā)電所需的震動，但額外的脈沖也會導致更高的溫度。“從植物的角度來看，紅色光子是最有效的，”Abou Najm 說。“它們不會讓植物感覺很熱。”

通過計算機建模，研究人員發(fā)現(xiàn)，將紅光波應用于植物會增加光合作用和碳同化，同時降低蒸騰作用。換句話說，“作物可以使用更少的水獲得相同數(shù)量的二氧化碳，”他說。Abou Najim 說，這項研究的主要目標之一是“激勵行業(yè)創(chuàng)造新一代太陽能電池板。”

但是，有一個缺點。在太陽能電池板下生長的農(nóng)作物被部分遮蔭，這會降低產(chǎn)量——這不是農(nóng)民想聽到的。去年夏天，研究人員在大小相等的小塊地塊上種植了加工西紅柿——薩克拉門托谷的一種常見作物。一個覆蓋著紅色濾光片，另一個覆蓋著藍色濾光片，而第三個未被覆蓋作為對照。

大約四個月后，包括 9 月初創(chuàng)紀錄的熱浪，這兩個經(jīng)過過濾的地塊各自的產(chǎn)量都比未覆蓋的地塊低三分之一。然而，當按質(zhì)量分類時——成熟的、未成熟的或“壞的”——控制區(qū)占爛番茄數(shù)量的兩倍。“所以過濾器有助于減少熱應激，”并且“減少了一半以上的浪費。”加上發(fā)電的價值，凈收益將足以彌補收成的減少。通過將作物和太陽能發(fā)電放在一起，“當你可以獲得 120% 或 140% 的產(chǎn)量時，100% 就變成了一個非常低的數(shù)字，”Najm 告訴現(xiàn)代農(nóng)民。

他認為這種有遮蓋的方法是農(nóng)民建立氣候適應能力的一種方式。過濾陽光有助于土壤保持水分并保護農(nóng)場工人免受強光照射，而較低的蒸騰作用意味著作物需要的水較少。他補充說，通過自己發(fā)電，農(nóng)民可以抵消不斷上漲的能源成本，并推動該行業(yè)也采用電動設(shè)備和車輛。

Abou Najm 說：“到 2050 年，這個星球上的人口將增加 20 億，我們需要的食物、水和能源比目前多 60%，多 40%，多 50%”。研究需要在變革層面上進行，以滿足那些不斷膨脹的需求。通過最大化太陽光譜，“我們正在優(yōu)化一種永無止境的可持續(xù)資源。如果一項技術(shù)能夠開發(fā)出這些面板，那么天空就是我們優(yōu)化的極限。”

外 賣

農(nóng)業(yè)社區(qū)有一個流行的神話，即太陽能和農(nóng)業(yè)不能混合。這可能是一種普遍的態(tài)度，但這并不意味著它是準確的。人們曾經(jīng)相信石棉是一種神奇的物質(zhì)，飛機永遠無法飛越海洋而不停下來加油。正如馬克吐溫曾經(jīng)說過的那樣，“你不知道的事情不會像你所知道的那樣傷害你。”

隨著人類在為地球上所有人提供食物的同時努力控制全球供暖，太陽能和農(nóng)業(yè)之間的融合將需要發(fā)生。這兩項研究表明這是如何發(fā)生的。

原標題：為什么太陽能與農(nóng)業(yè)是天作之合