Proyecciones recientes están mostrando como para el año 2050, necesitaremos un 60% más de alimentos, un 40% más de agua y un 50% más de energía para satisfacer las demandas de nuestra creciente población. Abordar estos desafíos requieren el uso de nuevos soluciones revolucionarias en torno al eje agua, energía y alimentos

La radiación solar es quizás el recurso más seguro que podemos apostar por su sostenibilidad y fiabilidad. Se trata de un recurso multiespectral que se puede asignar en función de la necesidad, permitiendo así usos dobles o múltiples en una misma ubicación.

Un ejemplo de ellos es la agrivoltaica, que abre la posibilidad de de cultivar alimentos y producir energía limpia en la misma tierra, al crecer los cultivos a la sombra de los paneles solares. Se trata de una tecnología muy prometedora que puede proporcionar más alimentos y energía con menos agua y tierra, maximizando así la eficiencia de la tierra y el agua. 

Estudios recientes ya han demostrado el potencial socioeconómico de los sistemas agrivoltaicios estándares, donde las plantas se cultivan bajo los paneles solares totalmente opacos, siendo el sombreado completo o parcial. Sin embargo, el creciente desarrollo de módulos semitransparentes selectivos de longitud de onda (matrices fotovoltaicas orgánicas semitransparentes fotoselectivas) proporcionan oportunidades únicas para “recosechar” algunas partes del espectro de luz entrante para generar energía y dejar pasar principalmente las partes del espectro que son más útiles para las plantas. Para alcanzar plenamente este potencial, se necesita una comprensión más profunda de la respuesta de las plantas a diferentes espectro de luz, permitiendo la optimización del espectro solar entre la producción de alimentos y generación de energía en la misma tierra. 

Científicos de la Universidad de California en Davis están investigando cómo aprovechar mejor el sol, y su espectro lumínico, para aumentar la eficiencia de estos sistemas agrovoltaicos en regiones agrícolas áridas como California. 

En su estudio, publicado recientemente en Earth’s Future, se descubrió que la parte roja del espectro luminoso es más eficaz para el crecimiento de las plantas, mientras que la azul se aprovecha para la producción solar. 

“Este trabajo abre la puerta a todo tipo de avances tecnológicos. Los paneles solares actuales captan toda la luz e intentandola aprovechar al máximo. Pero ¿y si una nueva generación de fotovoltaica pudiera tomar la luz azul para obtener energía limpia y pasar la luz roja a los cultivos donde es más eficiente para la fotosíntesis?”, se pregunta Majdi Abou Najm, autor del artículo y profesor asociado del Departamento de Recursos Terrestres, Atmosféricos e Hídricos y miembro del Instituto de Medio Ambiente de la UC Davis. Abou Najm dirigió el estudio junto con el primer autor, Matteo Camporese, de la Universidad de Padua (Italia), que acudió a UC Davis en calidad de becario visitante Fulbright.

Guiando a la luz solar

Para el estudio, los científicos desarrollaron un modelo de fotosíntesis y transpiración que tiene en cuenta los distintos espectros de luz. El modelo reprodujo la respuesta de varias plantas, como la lechuga, la albahaca y la fresa, a distintos espectro de luz en condiciones controladas de laboratorio. 

Los resultados de la investigación sugieren que la parte azul del espectro es la más prometedora para la producción de energía, ya que lleva más energía potencial y al mismo tiempo no es la «preferida» por las plantas en términos de actividad fotosintética, mientras que el espectro rojo puede optimizarse para cultivar alimentos. 

SIn embargo, lo más probable es que la respuesta de las plantas a los diferentes tratamientos de luz sea específica de la especie; por lo tanto, se necesitan curvas de radiación fotosintética activa (PAR) precisas y actualizadas para evaluar qué cultivos son más adecuados para ser cultivados en sistemas agrícolas controlados.

Este trabajo se siguió probando el verano pasado en plantas de tomate en los campos de investigación agrícola de la UC Davis, en colaboración con el profesor adjunto Andre Daccache, del Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola de la UC Davis.

“Es hora de empezar a pensar en la luz y la radicación solar como recursos que se pueden utilizar en sistemas optimizados de cogeneración entre alimentos y energía. No podemos alimentar a 2.000 millones de personas más en 30 años siendo un poco más eficientes en el uso del agua y continuando como hasta ahora. Necesitamos algo transformador, no incremental. Si tratamos el sol como un recurso, podemos trabajar con la sombra y generar electricidad mientras producimos cultivos por debajo. Los kilovatios hora se convierten en un cultivo secundario que se puede cosechar”, concluye Abou Najm.

Considerar la luz procedente del sol desde esta perspectiva puede contribuir significativamente al avance de todo un conjunto de innovaciones agrícolas, desde la energía agrovoltaica, hasta la hidroponia, todo estimulado por los recientes avances en tecnologías fotovoltaicas y la tecnología LED. 

Créditos de imágenes: Andre Daccache/UC Davis