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コロラド州ボルダー郡にある「ジャックス・ソーラー・ガーデン」では、オーナーのバイロン・コミネック氏が24エーカー（約9ヘクタール）の土地のうち4エーカー（約10ヘクタール）をソーラーパネルで覆っています。パネルの下では、ニンジン、ケール、トマト、ニンニク、ビーツ、ラディッシュ、レタスなど、多種多様な作物が栽培されています。また、300世帯分の電力を賄えるほどの発電も行っています。「もっと活用すべき土地から、もっと収益を上げられる方法を考え出す必要があったため、この取り組みを始めることにしました」とコミネック氏は言います。
屋上は2020年風情だ。人類が気候変動の最悪の事態を食い止めようとするなら、太陽光パネルの設置場所について創意工夫を凝らす必要がある。科学者たちは今、運河を太陽光パネルで覆い、蒸発を抑えながら発電する方法を考えている。空港は空き地を太陽光パネルで埋め尽くしている。そして、農場ほど開放的な空間はない。畑に太陽光発電パネルを設置し、その下に作物を植えるというのはどうだろうか？これは「アグリボルタイクス」（農業と太陽光発電を組み合わせた造語）と呼ばれる新しい科学的（そして文字通りの）分野であり、一見すると直感に反するように見えるかもしれないが、実際にはそうではない。
確かに植物は日光を必要としますが、植物によっては日光の必要性が低いものもあり、光子が多すぎるとストレスを感じてしまうこともあります。そうした作物を日陰にすることで、必要な水の量を減らすことができます。しかも、露地では水は急速に蒸発してしまいます。さらに、植物は「汗をかく」ので、頭上の太陽光パネルを冷やし、効率を高めます。
「これは稀有な三方良しのシステムです」と、アリゾナ大学でアグリボルタイクスを研究している地球システム科学者、グレッグ・バロン＝ガフォード氏は語る。「太陽光パネルの陰で作物を栽培することで、水分を蒸発させ、植物にストレスを与える強烈な太陽光の量を減らすことができます。」バロン＝ガフォード氏は、米国農務省（USDA）の国立食品農業研究所から新たに1,000万ドルの助成金を受け、様々な地域、作物、気候におけるアグリボルタイクスの研究を行っている。
バロン＝ガフォード氏は、成長、水の使用量、エネルギー生産といった複数の変数を定量化する実験を行い、どの作物が最も恩恵を受けるかを見極めようとしている。例えば、サルサの材料となるコリアンダー、ピーマン、トマトを栽培したところ、太陽光パネルの下では屋外と同等、あるいはそれ以上に生育することが明らかになった。また、水の使用量も半分に抑えられる（「日陰で水筒をこぼしたときと日向でこぼしたときを想像してみてください」とバロン＝ガフォード氏は言う）。また、パネルが気温を大幅に下げることも発見しており、これは植物を育てる農業従事者にとって有益となるだろう。彼の研究は、パネルが気候変動に伴う猛暑から作物を守る保護バブルとして機能する可能性を示唆している。猛暑は作物を圧倒し、収穫量を減少させる。
グレッグ・バロン＝ガフォード提供
大気の温暖化により水分保持量が増えるため、農作物に被害をもたらす豪雨も増加しています。「猛暑や豪雨の時期には、このように植物を保護することで、かえって植物に恩恵をもたらす可能性があります」と、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の経済学者マドゥ・カンナ氏は述べています。カンナ氏は米国農務省（USDA）の新たな農業発電助成金も獲得しています。「ですから、これも私たちが注目したいもう一つの要因です。」
カーナ氏は、特定の作物にとって理想的な太陽光発電パネルとは何かを研究する予定です。例えば、太陽光を透過させるためにパネル間の隙間を大きくする必要があるのか、小さくする必要があるのかといった問題です。高さも問題です。トウモロコシや小麦には背の高いパネルが必要ですが、低木大豆にはもっと低い品種で十分です。
これらの隙間のおかげで、太陽光パネルの下で栽培された作物は暗闇に覆われることはありません。しかし、一般的に光はより拡散し、植物に当たる前に表面で反射します。これは、最も高い木々を除くすべての植物が日陰に隠れ、差し込む太陽光線を吸収する自然の森林環境を再現しています。
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バロン＝ガフォード氏は、太陽光パネルの下の森のような日陰が植物の生理学的反応を引き起こすことを発見した。より多くの光を集めるために、植物は野原に植えた場合よりも葉が大きく成長する。彼はバジルでこの現象を観察しており、バジルの収穫量増加につながると期待されている。また、バロン＝ガフォード氏は、野生では木陰で育つトウガラシ（Capsicum annuum）が、アグリボルタイクシステムで3倍の果実をつけることを発見した。トマトの果実もより多く実る。これは、植物が進化の過程で太陽光に適応していないため、絶え間なく降り注ぐ太陽光によるストレスが軽減されるためと考えられる。
しかし、作物はそれぞれ異なるため、科学者たちは日陰への反応を一つ一つテストする必要があります。「例えば、夏カボチャをパネルの真下、つまり最も日陰の深い場所に植えることはおそらく推奨しません」と、コロラド州立大学でアグリボルタイクスを研究し、まさにそのシナリオをテストした園芸科学者、マーク・ウチャンスキ氏は言います。「夏カボチャを植えるには、もう少し日当たりが良い、もっと端の方かもしれません。なぜなら、その場合、収穫量の低下が実際に確認されているからです。」
パネルの設置には初期費用がかかりますが、コミネック氏がパネル設置前の2020年の記事でグリスト誌に語ったように、農家は実際に利益を得られる可能性があります。パネルは農場の稼働に必要な電力を生産し、農家は余剰電力を電力会社に売却できます。また、バロン＝ガフォード氏の実験で使われたサルサの材料のように、一部の植物は水の使用量が少ないため、灌漑費用も削減できます。「農家が生産を多様化し、同じ土地からより多くの収穫を得られるようになれば、農家にとってメリットになります」とカンナ氏は言います。「作物とソーラーパネルを併用する方が、ソーラーパネルだけを設置するよりも環境に優しいのです。」
この仕組みは、太陽光パネルを2つの方法で冷却します。土壌から蒸発した水がパネルに向かって上昇し、植物が自ら水を放出するのです。これはパネルの効率にとって非常に有効です。なぜなら、パネルは熱くなりすぎると性能が低下するからです。太陽光子が原子から電子を叩き出すことで電流が発生しますが、過熱すると電子が過剰に励起され、剥がれ落ちた際に発電量が低下します。
グレッグ・バロン＝ガフォード提供
運河の上にソーラーパネルを設置するのと同じように、農地を利用することで、余分な土地を占有しないという巧妙なトリックが実現します。従来の太陽光発電パネルを設置するには、まずスペースを空ける必要があります。しかし、運河や農地はすでに利用されています。「これは、人々が議論のテーブルに着き、農村部の経済発展とはどのようなものか、そして農業の未来はどうなるのかを考えるための、大きなマクロ的なきっかけとなるでしょう」と、アリゾナ大学の社会科学者で、バロン＝ガフォードと共同でアグリボルタイクスの導入に取り組んでいるアンドレア・ガーラック氏は言います。「スマート農業、持続可能な農業、そして水の使用量の削減が可能になるなら、人々の議論を促す大きなきっかけとなるでしょう。」
しかし、アグリボルタイクスはすべての農場で使えるわけではありません。太陽光パネルは、特に畑のような大規模になると、依然として大きな投資となります。大型の収穫機をパネルの周りで移動させることも困難です。そのため、カナ氏は、パネルアレイは柔軟なシステムとして設計する必要があると述べています。「これらのパネルは、単に特定の角度で固定されたままではなく、回転して垂直になり、収穫機が通過できるようにする必要があります」とカナ氏は言います。
コミネック氏はさらに、米国では高齢世代から若い世代への農地の大規模な移転が進んでおり、若い世代は相続財産をどうするかを決めなければならないと付け加えた。干ばつと猛暑という困難に直面すると、「作物なんてどうでもいい」と言いながら、農場全体を太陽光パネルで覆いたいという誘惑に駆られるかもしれない。しかし、コミネック氏とバロン＝ガフォード氏は、必ずしも二者択一である必要はないと考えている。
「政策立案者や土地所有者にとっての疑問は、鶏や牛、野菜、多年生植物などを育てられる耕作地を大量に奪い、太陽光パネルを設置してその下に雑草を生やしていくのか、ということです」とコミネック氏は問いかける。「それとも、土壌を活性化させ、過去数十年、あるいは数世紀にわたって行われてきたように、生産的な活動を継続させるための規制を設けるのか？」
バロン＝ガフォード氏は、アグリボルタイクスの対象が、必ずしも食用作物に限定される必要はないと指摘する。農家はパネルの下に在来種の草を自生させ、家畜の餌として利用することもできる。家畜もまた、パネルの下に日陰を作ることで恩恵を受ける。あるいは、ミツバチなどの在来種の花粉媒介者のための植物の成長を促進することもできる。適切な管理を行えば、その土地は人工林としても二重の役割を果たすことができる。日陰だからといって、その下で生物が繁栄できないわけではないのだ。
「どんな植物も少しの日陰が好きなんだと思います」とコミネック氏は言う。「日陰を好む作物は実に様々です。外の気温が摂氏38度（摂氏約40度）の時でも、私は日陰で快適に過ごせます。」
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