השפעת ההתחממות הגלובלית על ענף החקלאות מוכיחה כי החידוש החקלאי-כלכלי בבסיס מהפכת הדו שימוש האגרוולטאי אינו מתייחס רק לניצול יעיל יותר של משאב הקרקע, אלא לראשונה גם לאפשרות לנהל באופן דינאמי וחכם יותר את משאב הצל, ולפזר סיכונים בשותפות עם שחקנים אסטרטגיים נוספים.
*נדב לשם, ראש תחום אגרוולטאי בחברת Israel Renewables EDF
עבור חקלאים רבים, משבר האקלים כבר כאן. גידולים רבים סובלים מעומסי חום, בצורות ונזקי אקלים קיצוני המרעים עם היבול ועם המודל הכלכלי. משבר זה הינו כלל עולמי וצפוי להימשך ולהחמיר במהלך השנים הבאות בצורה שתחייב את תעשיות החקלאות והאגרי-טק לאדפטציות המווסתות את קרינת השמש ואת תנאי הגידול (אנו רואים יותר ויותר שטחים מכוסים ברשתות במידות הצללה שונות).
במקביל, אנו חווים פריחה בתעשייה הפוטוולטאית המנצלת את קרינת השמש לייצור חשמל, אך סובלת ממחסור בעתודות קרקע לפיתוח. המעבר לדו שימוש בקרקע ובשמש בדמות התחום האגריוולטאי (שילוב חקלאות ואנרגיה סולארית באותו תא שטח) הינו מתבקש, וראוי לציין לחיוב את המאמץ האיכותי של משרדי הממשלה הרלוונטיים למחקר וקידום התחום. במהלך 2023-2024 צפויים לקום כ-130 מתקני חלוץ בטכנולוגיות שונות על פני מגוון גידולים בכל רחבי הארץ על מנת לגבש תמונה רחבה ככל הניתן על האתגרים, התועלות וההתממשקות האפשרית והנדרשת שבין התעשיות.
התחום האגרוולטאי הוא אתגר מורכב הדורש התייחסות הוליסטית לכלל המשאבים, הצרכים והתוצרים של השחקנים השונים במשוואה, ובעיקר לסימביוזה שבין המרכיבים השונים. בתוך המאמץ הכללי של האקוסיסטם, חברת EDF-Renewables Israel מתמקדת בשלושה מישורים עיקריים – מחקר ופיתוח, עידוד חדשנות ויצירת שותפויות אסטרטגיות לאורך שרשרת הערך.
מחקר ופיתוח, פרוייקט "שעת הזהב" –פרוטוקול הצללה דינמית מותאמת לצמח
ההכרה בתפקידו הראשי של הצל בפיצוח האתגר האגריוולטאי עלתה באופן טבעי כמעט בכל אחת מעשרות הפגישות שקיימנו עם חקלאים בשטח במהלך הקיץ של 2021, שהוקדש לחקר נקודת מבטו של המגדל ולצרכיו התפעוליים. בדרך כלל, מספר דקות אל תוך הסיור/פגישה נזרק לאוויר המשפט "בואו נעבור לדבר בצל" ואחריו חיפוש קדחתני אחר עץ בזווית הנכונה. לרוב, החום הכבד הקשה עלינו להתרכז, ואת עיקר הפגישה העברנו לחדר עם פלורוסנטים ומזגן. שם, כאשר התנאים מתאימים יותר לעבודתם של בני אדם, הפגישות הפכו לפוריות הרבה יותר, ולמדנו בין היתר על קשר דומה שבין הגידול החקלאי לרמות הקרינה ולסביבתו.
מעבר לייצור חשמל נקי, ניתן להתייחס למתקן הפוטוולטאי כיצרן של "צל" כתוצר לוואי ישיר של קליטת קרני השמש בלוחות הסולאריים. לוחות אלה מותקנים לרוב בצורת "טרקר" – ציר חד צירי המאפשר ללוחות לעקוב אחר השמש במהלך היום ולהפיק את מירב האנרגיה מתא שטח קבוע.
תנועתו הדינמית של הטרקר מאפשרת שליטה דינמית בצל לאורך היום, כאשר בכל רגע נתון ניתן להיעמד בצורה אופקית לשמש ולהעביר את קרניה בצורה מלאה לטובת הגידול.
דינמיקה זאת פתחה צוהר למשחק אופטימיזציה של חלוקת שעות השמש/צל כאשר האתגר הוא למצוא את שביל הזהב שימקסם את התפוקה המשותפת בתוך גבולות גזרה חקלאיים וכלכליים. הבנה זאת תורגמה למחקר ייעודי לאפיון "פרוטוקול הצללה דינמית מותאמת לצמח". המחקר, בהובלתו של פרופסור מנחם מושליון מהפקולטה לחקלאות, הינו פרי שיתוף פעולה בין חברת EDF-Renewables Israel לאוניברסיטה העברית, ואף זכה בתמיכת המדען הראשי של משרד האנרגיה כחלק מפרויקט הפיילוטים הממשלתי בתחום.
הצמח, בהיותו יצור רציונאלי ללא זכרון וללא תכנון עתידי, מגיב לקרינה ולתנאי הסביבה השונים בצורה דינאמית באופן שהוא מתאים את פעילותו הפיסיולוגית/ביוכימית כדי להימצא בנקודת האופטימום היצרנית (מקסימום פוטוסינתזה) בכל רגע נתון, תוך תגובה משוקללת לכלל מדדי הסביבה (ביניהם אור, טמפ', לחות יחסית, מצב המים בקרקע וכו').
במצב בו מדדי הסביבה הם תת-אופטימלים אך עוצמת האור גבוהה, הקרינה הישירה מהשמש לא רק שאינה מועילה, היא אף עלולה לפגוע בצמח, ביצירתה רדיקליים חופשיים מזיקים.
מטרת המחקר הינה לאפיין את רמת הקרינה וזמן החשיפה האופטימלי להתפתחות הצמח וליצרנותו ולזהות עודפי קרינה בה הצמח אינו משתמש. באופן ספציפי המחקר שואל מהי עוצמת הקרינה האופטימלית לה נדרש הצמח בשעות היום השונות וביחס למגוון תנאי הסביבה, ומתי נמצא הצמח במצב רווית אור (עקת אור) בה הפחתה בעוצמת הקרינה דווקא תסייע לו.
אנו משערים שמציאת תרחיש תנועה אופטימלי של פאנלים סולאריים מעל גידולים חקלאיים שונים יביא לאופטימיזציית דו שימוש אגרווולטאית ויאפשר שימוש יעיל בהרבה של משאבי הקרקע המוגבלים בישראל ואף עשוי לשמש לשיפור צריכת המים וכהגנה מפני נזקי מזג אוויר שנחשבו "בלתי הפיכים" עד כה (תקופת בצורת לדוגמה).
השלב הראשון של המחקר יצא לדרך במהלך קיץ 2022 על גבי פלפלים אדומים בחממת מחקר ייעודית בפקולטה לחקלאות. המחקר מאפיין ברזולוציה גבוהה את הפרופיל הפיסיולוגי של תגובת צמחים שונים לשינוי בעוצמת האור ולרמות ומשכי קרינה מבוקרים. הניסויים מתבצעים על פלטפורמה פונקציונלית-פנוטיפית פיזיולוגית ייחודית בפקולטה לחקלאות, המאפשרת סימולציות מהירות וסריקה התנהגותית של הצמחים בתגובה לתנאי סביבה שונים.
הפלטפורמה מורכבת ממערך ליזימטרים רגישים, בחממה מבוקרת למחצה (מדמה תנאי סביבה חיצונים). הצמחים גדלים בעציצים (נפח העציץ 25 ליטר) צמח אחד בעציץ, המונחים על הליזימטרים). בנוסף למדדים הפיסיולוגיים של הצמח נמדדים גם סדרה של מדדים סביבתיים בהם: תכולת המים והטמפ' בקרקע, וכן מדדים אטמוספריים של לחות יחסית, וקרינה בחממה, מידע החיוני להערכת הביצועים היחסיים של הצמחים השונים.
בימים אלו אנו מסכמים את תוצאות ניסוי הפלפלים ועוברים לבחינת הגידול האסטרטגי בו אנו מתמקדים – ענבי יין, הן בחממת המחקר והן בכרם ייעודי שהוקם בתוך שטח הפקולטה.
מתקני הפיילוט מתוכננים להתבצע במספר שטחים חקלאיים, ויכללו פריסת פאנלים סולאריים דו צדדיים מתכווננים מעל הגידולים בחמישה תרחישי הצללה דינאמית שונים.
באופן ספציפי נבדוק במחקר השטח והמעבדה את השפעת תרחישי הצללה שונים על: פעילות הצמח הכוללת מדדי מפתח רציפים (טרנספירציה, פוטוסינתזה, יעילות ניצול מים וקצבי גדילה) ומדדים מסכמים (כמות ואיכות היבול). הנתונים ישמשו לבניית מודל דו-שימוש אגרווולטאי אופטימלי (שייבחן בשנים המאוחרות של הניסויים) וכן יהווה אבטיפוס למנגנון בקרה עתידי אשר ישמש לשליטה חכמה בתנועת הפנלים בזמן אמת, בהתאם לפעילותו הפיסיולוגית הספציפית של הצמח.
במחקרים קודמים נמצא כי קיימים שיאי פעילות יומיים בהם הקרינה מספיקה לפוטוסינתזה יעילה בזמן שהדרישה האטמוספרית למים (VPD) נמוכה יחסית, ובכך מתאפשר מקסום כניסת ה CO2 לעלה בעוד שאיבוד המים הוא מינימאלי שיא זה מכונה "שיא שעת הזהב" (Golden Hour Peak – GHP). תופעה דומה הראתה קבוצת המחקר של פרופ' הולברוק מאוניברסיטת הרווארד (004Broodrib and Hoolbrook 2). אנו משערים כיGHP זה מייצג את הנקודה האופטימלית של ניצול המים היומי ומכאן גם של שיא היצרנות כמו כן מצאנו מתאם חזק בין GHP לבין היבול הכולל של הצמחים (Gosa et.al., 2022). עוד מצאנו כי לצמחים שונים שעת פעילות שיא שונה התלויה בסוג הצמח ובתנאי הסביבה. אנו סבורים שהירידה בפעילות הצמח הנמדדת לפני ואחרי הגעה לשיא הGHP נובעת מהימצאות הצמח בתנאים תת-אופטימאליים ומשערים שדווקא הפחתה בקרינה יכולה לעזור בשעות אלו.
חדשנות אגרי-וולטאית
תוצאות המחקר הראשוניות מעודדות, ונדמה כי הצבתן של קונסטרוקציות פוטוולטאיות בשטחי חקלאות איננה שאלה של "האם" אלא של "מתי", וטוב יהיה אם נקדיש מחשבה ומשאבים לקידום פתרונות חדשניים בנקודות ההשקה העתידיות שבין חקלאות לאנרגיה. בתוך כך, בימים אלה פורסם אתגר הסטארטאפים האגריוולטאי הראשון של מעבדת ESIL בשיתוף עם EDF-Renewables Israel ומיגל לעידוד וקידום האקוסיסטם היזמי בתחום. האתגר מתמקד בארבעה אזורים מובחנים:
- ייצור – מערכות פוטוולטאיות מותאמות לדו שימוש
- קונסטרוקציות נושאות פאנלים המיועדות להתקנה מעל גידולים חקלאיים
- מיכון אג-טק "הרוכב" על הקונסטרוקציה
- מערכות ניהול חכמות לניטור, שליטה וניהול הפתרון המשולב מתוך הבנה כי התחום נמצא בחיתוליו, וכי שנות הפיתוח עוד לפנינו. האתגר פונה לחברות בשלב ה pre-seed ואף לחברות המחזיקות ברעיון בלבד על מנת לאתר ולתמוך במוצרים פורצי דרך בתחום.
שותפות אסטרטגית לאורך כל שרשרת הערך
לבסוף, האתגר האחרון והחשוב ביותר לפיצוח הינו מודל השותפות בפרויקטים מעין אלה. חברת EDF-Renewables Israel מקדמת בעזרת מספר שותפים אסטרטגיים מודל שותפות ייחודי המציע לבעלי השטח ביצוע פרוייקטי "Turn key" הכוללים את הפן החקלאי והאנרגטי בחבילה אחת. בעזרת שותפות אמת ואמון הדדי, כל אחד מהשחקנים מביא לשולחן את תרומתו הייחודית לטובת יצירת פתרון הוליסטי ומלא אשר יפחית סיכונים בקרב השותפים וייצר ודאות רבה יותר לחקלאים. רק הסתכלות על כלל התשומות והתפוקות בתא השטח תאפשר אפיון נכון של הפתרון ושל חלוקת שעות השמש.
בעוד הרוחות בארץ סוערות סביב אופייה של החברה בישראל, וסביב השימוש המשותף הראוי בפיסת האדמה אותה אנו חולקים, אנו עדים למספר קווי דמיון עם מהפכת הדו שימוש האגרוולטאי המתרחשת מתחת ומעל פני השטח. גם בתחום האגריוולטאי ה"הידברות" הינה מפתח ליצירת אמון הדדי ובסיס למציאת פתרון בר קיימא. אנו מזמינים את כלל השחקנים, החל מהחקלאים ובעלי השטח, דרך התאגידים החקלאיים והאזוריים, בתי האריזה והמשווקים; אלה מכם הסקפטיים כמו גם השותפים לחזון, "להיכנס איתנו לצל, לשמוע ולדבר", ובעיקר לקחת חלק במהפכה בצורה מיטיבה. ביחד נפעל מתוך הכרה בפוטנציאל הטמון בשיתוף הפעולה ונאפיין לכל אזור וגידול פתרון אשר לוקח את כלל המרכיבים בחשבון.
כמה מילים על EDF-Renewables ותשומת הלב הייחודית לאגריוולטאי
EDF-Renewables הינה חברת בת של חברת החשמל הצרפתית EDF, משחקניות האנרגיה והקיימות הגדולות בעולם, שמטרתה לקדם ולפתח פרוייקטים בתחומי האנרגיה המתחדשת ברמה גלובאלית.
הסניף הישראלי הינו יזם אנרגיה ייחודי בנוף המקומי במובן שהיא פועל רק בישראל. זאת המטרה לשמה הוקמה החברה, והסיבה בגינה היא מובילה את התעשייה המקומית עם למעלה מ500 מגה-וואט מותקנים.
החברה חוגגת בימים אלה 13 שנות פעילות בישראל, ולאורך השנים, זיהו ב"EDF" הגלובלית, את האופי הישראלי של הסניף, כך שהפכה באופן לא רשמי לזרוע החדשנות היישומית אשר משתמשת בידע ובניסיון של גוף המחקר והפיתוח הצרפתי ומוציאה לפועל הצלחות.
הנישה האגרוולטאית היא פרק נוסף בסיפור הכללי הזה, אבל היא זוכה ליחס ולמשאבים מיוחדים בגלל שלושה אלמנטים מהותיים:
1. התמיכה בחקלאות, ובכלכלת החקלאות הצרפתית אל מול אתגרי ההתחממות הגלובלית, הפכה למשימה צרפתית לאומית ומשאבים רבים מופנים אליה, כאשר האגריוולטאי הוא הענף המוביל בכך.
2. האקלים בישראל הופך אותנו לחממה מושלמת למחקר ופיתוח – הוא מקדים את זה של צרפת ב-10-20 שנה ובכך מאפשר היערכות טובה יותר לעתיד, ובעיקר כי מספר שעות השמש בישראל מאפשר להוציא לפועל ניסויים אגרוולטאים באופן כלכלי ובר קיימא.
3. שמה הטוב של תעשיית האגריטק הישראלית כחלק מהסטארטאפ ניישן. הגב הצרפתי מאפשר לחברה לפעול ביציבות רבה ומתוך אסטרטגיה ארוכת טווח, וזהו אחד מסימני ההיכר שלה בתעשייה והערך המוסף אשר היא מביאה עמה לכל פרויקט ושותפות.
למידע נוסף ויצירת קשר לבחינת פרויקט אגריוולטאי ניתן לפנות במייל ל: [email protected]
