Farma fotowoltaiczna na Saharze a globalne ocieplenie

Największe pustynie świata mogą być najlepszymi miejscami na Ziemi do pozyskiwania energii słonecznej. Pustynie są przestronne, stosunkowo płaskie, bogate w krzem - surowiec do produkcji półprzewodników, z których wykonane są ogniwa słoneczne i nigdy nie brakuje im światła słonecznego. Ale czy farmy słoneczne na pustyniach mają sens?

Naukowcy wyobrażają sobie, że możliwe byłoby przekształcenie największej pustyni świata, Sahary, w gigantyczną farmę słoneczną, zdolną zaspokoić czterokrotność obecnego światowego zapotrzebowania na energię. Opracowano plany projektów w Tunezji i Maroku, które dostarczyłyby energię elektryczną milionom gospodarstw domowych w Europie.

Podczas gdy czarne powierzchnie paneli słonecznych pochłaniają większość docierającego do nich światła słonecznego, tylko ułamek (około 15 procent) tej przychodzącej energii jest przekształcany w energię elektryczną. Reszta wraca do środowiska w postaci ciepła. Panele są zwykle znacznie ciemniejsze niż pokrywane przez nie podłoże, więc ogromna przestrzeń ogniw słonecznych pochłonie dużo dodatkowej energii i wyemituje ją w postaci ciepła, wpływając na klimat.

Gdyby te efekty były tylko lokalne, mogą nie mieć znaczenia na słabo zaludnionej i jałowej pustyni. Ale skala instalacji, które byłyby potrzebne, aby wpłynąć na światowe zapotrzebowanie na energię z paliw kopalnych, byłaby ogromna, obejmując tysiące kilometrów kwadratowych. Ciepło ponownie wyemitowane z obszaru tej wielkości będzie rozprowadzane przez przepływ powietrza w atmosferze, wywierając regionalny, a nawet globalny wpływ na klimat.

Zielona Sahara?

W badaniu z 2018 r. wykorzystano model klimatyczny do symulacji wpływu niższego albedo na powierzchnię lądu pustyń spowodowanego instalacją ogromnych farm słonecznych. Albedo jest miarą tego, jak dobrze powierzchnie odbijają światło słoneczne. Na przykład piasek jest znacznie bardziej odblaskowy niż panel słoneczny, dzięki czemu ma wyższe albedo.

Model wykazał, że gdy wielkość farmy słonecznej osiąga 20 procent całkowitej powierzchni Sahary, uruchamia się pętla sprzężenia zwrotnego. Ciepło emitowane przez ciemniejsze panele słoneczne (w porównaniu z silnie odbijającą światło glebą pustynną) powoduje gwałtowną różnicę temperatur między lądem a otaczającymi oceanami, co ostatecznie obniża ciśnienie powietrza na powierzchni i powoduje unoszenie się wilgotnego powietrza i jego kondensację w krople deszczu. Przy większej ilości opadów monsunowych rośliny rosną, a pustynia odbija mniej energii słonecznej, ponieważ roślinność lepiej pochłania światło niż piasek i gleba. Przy większej liczbie roślin odparowuje więcej wody, tworząc bardziej wilgotne środowisko, które powoduje rozprzestrzenianie się roślinności.

Badania sugerują, że podobna pętla sprzężenia zwrotnego utrzymywała dużą część Sahary w stanie zielonym podczas afrykańskiego okresu wilgotnego, który zakończył się 5000 lat temu. Gigantyczna farma słoneczna mogłaby generować wystarczającą ilość energii, aby zaspokoić globalne zapotrzebowanie, a jednocześnie przekształcić jedno z najbardziej nieprzyjaznych środowisk na Ziemi w oazę nadającą się do zamieszkania. Brzmi idealnie, prawda?

Nie do końca. W niedawnym badaniu wykorzystano zaawansowany model systemu Ziemi, aby dokładnie zbadać, w jaki sposób saharyjskie farmy słoneczne oddziałują z klimatem. Model uwzględnia złożone sprzężenia zwrotne między oddziałującymi na siebie sferami klimatu na świecie: atmosferą, oceanem i lądem oraz ich ekosystemami. Okazało się, że w odległych częściach lądu i oceanu mogą wystąpić niezamierzone skutki, które równoważą wszelkie regionalne korzyści w stosunku do samej Sahary.

Według badania pokrycie 20 procent Sahary farmami słonecznymi podniosłoby lokalne temperatury na pustyni o 1,5 stopnia Celsjusza. Przy 50-procentowym pokryciu wzrost temperatury wyniesie 2,5 stopnia Celsjusza. Ocieplenie ostatecznie rozprzestrzeni się na całym świecie przez atmosferę i ruchy oceanów, podnosząc średnią temperaturę na świecie o 0,16 stopnia Celsjusza dla 20-procentowego pokrycia i 0,39 stopnia Celsjusza dla 50-procentowego zasięgu. Globalna zmiana temperatury nie jest jednak jednolita - regiony polarne ociepliłyby się bardziej niż tropiki, zwiększając utratę lodu morskiego w Arktyce. Może to jeszcze bardziej przyspieszyć ocieplenie, ponieważ topniejący lód morski odsłania ciemną wodę, która pochłania znacznie więcej energii słonecznej.

To ogromne nowe źródło ciepła na Saharze zreorganizuje globalną cyrkulację powietrza i oceanów, wpływając na wzorce opadów na całym świecie. Wąskie pasmo intensywnych opadów w tropikach, które odpowiadają za ponad 30 procent globalnych opadów i wspiera lasy deszczowe Amazonii i dorzecza Konga, w symulacjach przesuwa się na północ. W regionie Amazonii powoduje to susze, ponieważ z oceanu dociera mniej wilgoci. Mniej więcej tyle samo dodatkowych opadów, które spadają na Saharę z powodu ciemniejących powierzchni paneli słonecznych, jest tracone z Amazonii. Model przewiduje również częstsze uderzenia cyklonów tropikalnych na wybrzeża Ameryki Północnej i Azji Wschodniej.

Dopiero zaczynamy rozumieć potencjalne konsekwencje budowy ogromnych farm fotowoltaicznych na pustyniach świata. Takie rozwiązania mogą pomóc społeczeństwu w przejściu na energię słoneczna, ale badania systemów Ziemi, podkreślają znaczenie uwzględniania licznych połączonych reakcji atmosfery, oceanów i powierzchni lądu przy badaniu ich korzyści i zagrożeń.

Źródło: greenbiz.com

Czytaj również:

W czasie pandemii w Polsce przybyło 200 proc. mocy w fotowoltaice. Polacy inwestują, żeby obniżyć rachunki za prąd