de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Cornell University haben das Nachhaltigkeitspotenzial der Integration fortschrittlicher Perowskit-Tandem-Photovoltaik-Technologie in die US-amerikanische Agrivoltaik-Salatherstellung bewertet. Diese „vom Bauernhof bis zum Teller“-Lebenszyklusanalyse konzentriert sich auf Perowskit-Silizium (P-S)- und Perowskit-Perowskit (P-P)-Tandem-Technologien und vergleicht sie mit einer herkömmlichen Silizium-Photovoltaik-Benchmark.
Der korrespondierende Autor Fengqi You erklärte, dass die Studie Agrivoltaik als ein integriertes Nahrungsmittel-Energie-Wasser-System betrachtet und nicht nur als reine Photovoltaik-Installation oder Frage der landwirtschaftlichen Ernteerträge. Laut Fengqi You handelt es sich um die erste prospektive „vom Bauernhof bis zum Teller“-Lebenszyklusanalyse der Agrivoltaik-Lebensmittelproduktion unter Verwendung neuartiger Perowskit-Tandem-Photovoltaik-Technologie. Das Team kombinierte fortschrittliche Solarmodul-Szenarien, Annahmen zum Kreislaufrecycling, regionsspezifische landwirtschaftliche Produktionsdaten, Bewässerungs- und Transporteingaben sowie Daten zu Lebensmittelverlusten und -abfällen in der gesamten Lieferkette, um auf Systemebene die Fähigkeit des Bauernhofs zu bewerten, gleichzeitig Nahrungsmittel zu produzieren, sauberen Strom zu erzeugen, Treibhausgasemissionen zu reduzieren, Wasserressourcen zu schonen und die Flächennutzungskonkurrenz zu mildern.
Das Forschungsteam untersuchte die wichtigsten Salatanbaugebiete in den USA, darunter die zentralen und südlichen Küstenregionen Kaliforniens, die südliche Wüste, das Central Valley sowie Arizona und Florida. Unter Verwendung aktueller regionaler Produktionsdaten und Erträge wurden die Veränderungen der Agrivoltaik-Konfigurationen, Technologien, Systemlebensdauern und Energieumwandlungseffizienzen (PCE) in verschiedenen Szenarien analysiert. Vollflächige, halbflächige, einachsige Nachführ- und zweiachsige Nachführkonfigurationen reduzierten die Salaterträge um 40 %, 20 %, 12 % bzw. 5 %, während der Bewässerungsbedarf um 50 %, 30 %, 30 % bzw. 15 % sank.
Für P-S-Tandems wurden drei PCE-Szenarien angenommen: maximal 25 %, 30 % und 35 %. Für P-P-Tandems wurden ebenfalls drei Szenarien mit 25 %, 30 % und 35 % festgelegt, und es wurden Systemlebensdauern von 2, 5 und 10 Jahren simuliert.
Die Wissenschaftler verwendeten eine umfassende Lebenszyklusanalyse vom Bauernhof bis zum Teller, um die mit dem Verzehr von 1 kg frischem Salat verbundenen Treibhausgasemissionen und Wasserauswirkungen zu quantifizieren. Die Systemgrenzen umfassen Düngemittelproduktion, Bewässerung, Anbau, Ernte, Photovoltaik-Herstellung und -Betrieb, Verpackung, Kühltransport, Einzelhandelsvertrieb, Lebensmittelabfälle der Verbraucher und Deponierung. Zudem werden die Stromerzeugung durch Photovoltaik-Systeme, das Modulrecycling und die Wiederaufbereitung im Rahmen einer Kreislauf-Solarwirtschaft berücksichtigt, wobei die Umweltvorteile des Solarstroms als vermiedene Netzstromemissionen angerechnet werden.
Die Studie zeigt, dass die Umstellung von US-amerikanischen Salatfeldern auf Agrivoltaik unter günstigen Bedingungen jährlich bis zu 30,9 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent einsparen und etwa 8,4 Milliarden Kubikmeter Wasser einsparen könnte. Ein weiterer bemerkenswerter Befund sind die geografischen Unterschiede: Das höchste CO₂-Einsparpotenzial pro Kilogramm Salat tritt nicht unbedingt in den sonnenreichsten Regionen auf. In Florida beispielsweise ist die Sonneneinstrahlung geringer als in Wüstengebieten, aber die geringeren landwirtschaftlichen Erträge bedeuten, dass pro Kilogramm Salat mehr Landfläche benötigt wird, was in einer Agrivoltaik-Konfiguration mehr Solarenergie erzeugen kann und somit ein höheres spezifisches Dekarbonisierungspotenzial aufweist. Beim Wassersparen zeigte sich das größte Potenzial in wasserarmen Regionen wie der südlichen Wüste Kaliforniens und Arizona.
Fengqi You fasste zusammen, dass die nächste Generation der Agrivoltaik, wenn sie verantwortungsvoll gestaltet wird, landwirtschaftliche Flächen von Orten der Nahrungsmittel-Energie-Konkurrenz in Plattformen verwandeln kann, die Nahrungsmittelproduktion, saubere Stromerzeugung und Wassereinsparung integrieren. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Nexus unter dem Titel „Advancing Food-Energy-Water Sustainability with Scalable Perovskite Tandem Agrivoltaics“ veröffentlicht.
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