Что, если бы мы покрыли Сахару солнечными панелями

Авторы

1. Чжэнъяо Лу Исследователь в области физической географии, Лундский университет
2. Бенджамин Смит Директор по исследованиям, Институт окружающей среды Хоксбери, Университет Западного Сиднея

Заявление о раскрытии информации

Zhengyao Lu получает финансирование от Шведского исследовательского совета FORMAS и финансируемой правительством Швеции области стратегических исследований по моделированию региональной и глобальной системы Земли (MERGE).

Бенджамин Смит получает финансирование от Шведского исследовательского совета FORMAS, проекта Европейского Союза «Координированные исследования систем Земли и климата: эксперименты, знания, распространение и информирование» (CRESCENDO) и финансируемой правительством Швеции области стратегических исследований по моделированию региональной и глобальной системы Земли. (ОБЪЕДИНЕНИЕ).

Партнеры

Лундский университет предоставляет финансирование в качестве члена The Conversation UK.

Университет Западного Сиднея предоставляет финансирование в качестве члена The Conversation AU.

Самые неприступные пустыни в мире могут быть лучшими местами на Земле для сбора солнечной энергии — самого распространенного и чистого источника энергии, который у нас есть. Пустыни просторны, относительно плоские, богаты кремнием — сырьем для полупроводников, из которых сделаны солнечные элементы, — и никогда не испытывают недостатка в солнечном свете.Фактически, десять крупнейших солнечных электростанций по всему миру расположены в пустынях или засушливых регионах.

Исследователи полагают, что возможно превратить самую большую в мире пустыню Сахару в гигантскую солнечную ферму, способную в четыре раза удовлетворить текущие потребности в энергии в мире. Были составлены планы проектов в Тунисе и Марокко, которые обеспечат электроэнергией миллионы домашних хозяйств в Европе.

В то время как черные поверхности солнечных панелей поглощают большую часть падающего на них солнечного света, лишь небольшая часть (около 15%) поступающей энергии преобразуется в электричество. Остальное возвращается в окружающую среду в виде тепла. Панели обычно намного темнее земли, которую они покрывают, поэтому огромное пространство солнечных батарей будет поглощать много дополнительной энергии и излучать ее в виде тепла, влияя на климат.

Если бы эти эффекты были только локальными, они могли бы не иметь значения в малонаселенной и бесплодной пустыне. Но масштабы установок, которые потребуются, чтобы сократить мировой спрос на ископаемые виды энергии, будут огромными, охватывая тысячи квадратных километров. Тепло, повторно излучаемое с площади такого размера, будет перераспределяться потоками воздуха в атмосфере, оказывая региональное и даже глобальное воздействие на климат.

Более зеленая Сахара

В исследовании 2018 года использовалась климатическая модель для моделирования эффектов более низкого альбедо на поверхности пустынь, вызванных установкой массивных солнечных ферм. Альбедо — это показатель того, насколько хорошо поверхности отражают солнечный свет. Песок, например, обладает гораздо большей отражательной способностью, чем солнечная панель, и поэтому имеет более высокое альбедо.

Модель показала, что когда размер солнечной фермы достигает 20% от общей площади Сахары, она запускает петлю обратной связи. Тепло, излучаемое более темными солнечными панелями (по сравнению с почвой пустыни с высокой отражающей способностью), создает резкую разницу температур между сушей и окружающими океанами, что в конечном итоге снижает давление воздуха у поверхности и заставляет влажный воздух подниматься вверх и конденсироваться в капли дождя.При большем количестве муссонных дождей растения растут, а пустыня отражает меньше солнечной энергии, поскольку растительность поглощает свет лучше, чем песок и почва. При наличии большего количества растений испаряется больше воды, создавая более влажную среду, которая вызывает распространение растительности.

Этот сценарий может показаться фантастическим, но исследования показывают, что подобная петля обратной связи сохраняла большую часть Сахары зеленой во время африканского влажного периода, который закончился всего 5000 лет назад.

Таким образом, гигантская солнечная ферма может генерировать достаточно энергии для удовлетворения глобального спроса и одновременно превратить одну из самых враждебных сред на Земле в пригодный для жизни оазис. Звучит идеально, правда?

Не совсем. В недавнем исследовании мы использовали усовершенствованную модель системы Земля, чтобы внимательно изучить, как солнечные фермы в Сахаре взаимодействуют с климатом. Наша модель учитывает сложные обратные связи между взаимодействующими сферами мирового климата – атмосферой, океаном и сушей и ее экосистемами. Это показало, что в отдаленных частях суши и океана могут быть непреднамеренные последствия, которые сводят на нет любые региональные преимущества над самой Сахарой.

Засуха на Амазонке, циклоны во Вьетнаме

Согласно нашей модели, покрытие 20% территории Сахары солнечными фермами повышает локальную температуру в пустыне на 1,5°C. При 50% покрытии повышение температуры составляет 2,5°C. Это потепление в конечном итоге распространяется по всему земному шару за счет движения атмосферы и океана, повышая среднюю мировую температуру на 0,16°C при 20% охвате и на 0,39°C при 50% охвате. Однако глобальный температурный сдвиг неоднороден: полярные районы нагреваются больше, чем тропики, что увеличивает потерю морского льда в Арктике. Это может еще больше ускорить потепление, поскольку таяние морского льда обнажает темную воду, которая поглощает гораздо больше солнечной энергии.

Этот массивный новый источник тепла в Сахаре реорганизует глобальную циркуляцию воздуха и океана, влияя на характер осадков во всем мире.Узкая полоса проливных дождей в тропиках, на которую приходится более 30% глобальных осадков и которая поддерживает тропические леса бассейна Амазонки и Конго, в наших моделях смещается на север. Для региона Амазонки это вызывает засухи, поскольку из океана поступает меньше влаги. Примерно такое же количество дополнительных осадков, которое выпадает над Сахарой ​​из-за затемнения поверхности солнечными панелями, теряется из Амазонки. Модель также предсказывает более частые удары тропических циклонов по побережью Северной Америки и Восточной Азии.

В нашей модели по-прежнему отсутствуют некоторые важные процессы, например пыль, переносимая ветром из больших пустынь. Сахарская пыль, переносимая ветром, является жизненно важным источником питательных веществ для Амазонки и Атлантического океана. Таким образом, более зеленая Сахара может иметь еще больший глобальный эффект, чем предполагалось в наших симуляциях.

Мы только начинаем понимать потенциальные последствия создания огромных солнечных ферм в пустынях мира. Подобные решения могут помочь обществу отказаться от ископаемой энергии, но исследования системы Земли, подобные нашему, подчеркивают важность учета многочисленных взаимосвязанных реакций атмосферы, океанов и поверхности земли при изучении их преимуществ и рисков.