Optimal combination of bioenergy and solar photovoltaic on abandoned cropland for renewable energy production

Abstract

Transformasjonen av globale energisystem er framleis langt frå nivåa som krevjast for å stabilisere den globale oppvarminga til 1.5 grader Celsius i forhald til den førindustrielle æra. Dei mest ambisiøse scenario for klimaendring krev storskala distribusjon av bioenergi og solcelleanlegg (PV). Å utnytte nyleg nedlagte jordbruksområde for etablering av fornybar energiinfrastruktur er eit lovande alternativ for energiforsyning, som samstundes redusera konkurransen om landressursar utan å setje matvaresikkerheit og biologisk mangfald i fare. Omfanget av nedlagte jordbruksområde og potensialet for fornybar energiproduksjon på globalt nivå er framleis uklart. Her vurdera vi stadsspesifikk primærenergipotensial for bioenergi og PV med tanke på biofysiske, ressursmessige og samfunnsøkonomiske avgrensingar for å identifisere optimal arealforvaltning for fornybar energiproduksjon. Av dei 83 millionar hektar med globalt identifiserte nedlagte jordbruksområde vil 68\% av området ha høgare utviklingspotensial for etablering av solcelleanlegg samanlikna med dedikerte bioenergiavlingar. Totalt kan denne optimale arealforvaltninga produsere 125 EJ primærenergi per år, der 114 EJ kjem frå PV og 11 EJ frå bioenergi. Dette svarar til omtrent halvparten av det forventa etterspørselen for fornybar energi i 2050. Kartlegging av dei mest relevante løysingane for fornybar energi på tvers av forskjellige stader og kontekst vil hjelpe politiske beslutningstakere med robust energi- og arealplanlegging for framtidas transformasjon innan energisystem.

The transformation of global energy systems is still far from the levels required for stabilizing global warming bellow 1.5 degree Celsius relative to the pre-industrial era. Ambitious climate change mitigation scenarios will require large-scale deployment of bioenergy and solar photovoltaics. Utilizing areas of recently abandoned cropland for the establishment of renewable energy infrastructure is a promising option for energy supply while reducing competition for land and eventual associated negative impacts on food security and biodiversity. However, the magnitude of abandoned cropland and its potential for renewable energy production at the global level is still unclear. Here, we assess site-specific primary energy potential for bioenergy and solar photovoltaics production considering a set of biophysical, resource yield and socio-economic feasibility constraints to identify the optimal land management for renewable energy production. Of the 83 Mha of the globally identified abandoned cropland, 68\% of the area presented higher development potential with the establishment of solar photovoltaic compared to dedicated bioenergy crops. In total, 125 EJ per year of primary energy can be produced with this optimal land management, of which 114 EJ per year are from solar photovoltaic and 11 EJ per year are from bioenergy. This figure corresponds to approximately half of the projected renewable energy demand in 2050. Mapping the key renewable energy options across different locations and constraints will help policymakers in stabilizing more assertive energy and land management options required for future energy systems transformation.