Sol- och vindkraftsparker dyker upp runt om i landet för att minska koldioxidutsläppen, och dessa förnybara energikällor har också en annan viktig effekt:att behålla mer vatten i marken.

En ny Princeton University-ledd studie i Naturkommunikation är bland de första som visar att sol- och vindenergi inte bara förbättrar motståndskraften mot torka, men också stöd till hållbarhet i grundvattnet.

Att använda det torkabenägna Kalifornien som fallstudie, forskarna visar att ökad sol- och vindenergi kan minska beroendet av vattenkraft, speciellt under torka. Följaktligen, detta kan hjälpa till att leda mer ytvatten från vattenkraft till bevattning, vilket minskar det totala grundvattenuttaget.

Även om omfattningen av denna studie fokuserade på USA, ramverket kan även tillämpas internationellt, speciellt för beslutsfattare som arbetar för att uppfylla FN:s mål för hållbar utveckling, sa huvudförfattaren Xiaogang He, som arbetade med studien som Ph.D. student vid Princeton. Han är nu en Water in the West postdoktor vid Stanford University.

"Traditionellt, det sociala värdet av sol- och vindenergi har mestadels fokuserats på att minska luftföroreningar och minska koldioxidutsläppen, " sa han, en tillträdande biträdande professor vid avdelningen för civil- och miljöteknik vid National University of Singapore. "Dock, om vi tittar på problemet från en annan vinkel – som vatten-mat-energi-nexus – så identifierar vår artikel några okända och underskattade effekter som har förbisetts i tidigare studier."

Forskargruppen utvecklade ett ramverk för att kvantifiera hur sol- och vindenergi kan gynna grundvattnets hållbarhet. Avvägningsramverk är särskilt användbara för politik eftersom de tittar på flera resultat – som hur mycket sol- och vindenergi som ska användas för att maximera ekonomiska intäkter, eller hur sol- och vindkraft skulle kunna säkerställa grundvattenåtervinning. Forskarna använde ramverket för att kvantifiera de optimala vägarna för att maximera vattenkraft och jordbruksinkomst, samtidigt som man undviker utarmning av grundvatten.

Han och hans medarbetare använde Kalifornien som en fallstudie med tanke på att det är den största jordbruksproducenten i USA. Det upplevde också en av de allvarligaste torkarna någonsin mellan 2012 och 2017, som fungerade som en katalysator för att reglera obegränsad grundvattenanvändning. På samma gång, sol- och vindel började överstiga vattenkraften i staten tack vare lägre priser och statliga mandat.

Medan statens jordbrukssektor fortfarande lyckades tjäna 47 miljarder dollar under den tiden genom att till stor del förlita sig på ohållbara grundvattenförråd, denna strategi är ohållbar framöver. Med mer beräknade torka i Kalifornien – i kombination med ökad efterfrågan på vatten på grund av socioekonomisk utveckling – kommer detta att lägga en större börda på grundvattenlagring, Han sa.

Sol- och vindenergi hjälper dock, och kommer att fortsätta göra det, enligt forskarnas ramverk. Resultaten tyder på att det är fördelaktigt att samtidigt använda sol- och vindenergi och införa regler för grundvattenanvändning tidigare snarare än senare. När dessa två policyer fungerar tillsammans, det finns en ökad total nytta.

"Våra resultat tyder också på att beslutsfattare måste ta hänsyn till de långsiktiga utsikterna för utarmning av grundvatten när de planerar ytterligare utbyggnad av sol- och vindenergi, " sa han. "Om grundvattenakviferer fortsätter att bli utarmade i framtiden, då kommer mervärdet av penetrerande sol- och vindenergi att minska till stor del."

Fortfarande, forskarna manar till försiktighet när de extrapolerar dessa resultat till mindre politiska rekommendationer. De betonar integrerad modellering över discipliner, som kan hjälpa till att ta itu med de sammanflätade frågorna relaterade till vatten, mat, och energi.

Pappret, "Sol- och vindenergi förbättrar motståndskraften mot torka och hållbarhet i grundvattnet, " kommer att dyka upp i Naturkommunikation den 6 nov.