Californien bruger Blockchain og IoT til at administrere grundvandsforbrug

Californien har et vandproblem.

Staten er et landbrugskraftcenter, producerer over en tredjedel af USAs grøntsager og genererer over 50 milliarder dollars på et år, men dets enorme og varierede produktion kræver en tilsvarende kolossal mængde vand.

I årtier har bønder og virksomheder pumpet grundvand ud af Californiens grundvandsmagasiner, de permeable lag af sten, der holder vand under jorden, og resultaterne har været skræmmende. Da grundvandsmagasiner dræner hurtigere, end regn kan genopbygge dem, synker jorden faktisk, et fænomen kaldet "nedsynkning". I områder, hvor bygninger og veje hviler oven på jorden, kan dette forårsage skader.

"Californien er enormt for amerikansk landbrug," sagde Alex Johnson, Freshwater Fund Director for The Freshwater Trust, til Digital Trends. "Men det er stærkt grundvandsafhængigt, og der er nogle bassiner i den centrale dal, der er blevet så udtømte over sidste par årtier, at de er 20 fod lavere i højden, fordi disse grundvandsmagasiner er blevet drænet, og hele jorden er afvikling."

Når grundvandsmagasinerne synker, udgør de ikke blot en risiko for infrastrukturen på jorden. Sten og jord kollapser sammen og fjerner det rum, hvor vandet engang kunne samle sig. Dette kan være katastrofalt, som ifølge California Department of Water Resources, i gennemsnitligt år udgør grundvandet 38 procent af statens vandforsyning; i tørre år kan det tal springe over 46 procent.

Hvis Californien vil forhindre yderligere udtømning af grundvandsmagasiner og overleve tørke som den, der ramte det fra 2011 til 2017, bliver staten nødt til at styre sit grundvandsforbrug. I den centrale dal arbejder en gruppe organisationer på et projekt, der kan dæmme op for strømmen ved at kombinere to teknologier: tingenes internet (IoT) og Blockchain.

Et projekt født i menneskehedens vugge

Den første store udfordring var at finde ud af, hvordan man overvåger grundvandsniveauer i hele staten. Heldigvis er dette et problem, som folk i andre regioner på kloden har kæmpet med i årevis og allerede har udviklet løsninger til.

"Vi gør det primært i dag i Østafrika," siger Evan Thomas, administrerende direktør for SweetSense, en virksomhed, der bruger satellitforbundne sensorer til at overvåge landdistrikternes vandforsyninger. "Der er faktisk 30 procent mindre nedbør over Østafrika det seneste år hvert år i 30 år," forklarer han, "så tørke er stort set hvert år nu, i stedet for hvert tiende eller 20. år, og konsekvenserne af tørke er virkelig alvorlig. 250.000 mennesker døde i 2011 på grund af tørken i Etiopien og Kenya, og næsten ti millioner mennesker blev ramt."

I Kenya samarbejdede SweetSense med IBM Research, og med støtte fra United States Agency for International Development (USAID) byggede de en system til at bruge IoT-sensorer til at "overvåge grundvandsforbrug og -efterspørgsel, korrelere det med nedbørsoverfladevandets tilgængelighed, og så også, de fleste vigtigt, brug disse data til at identificere, hvornår en vandpumpe svigter, så vi kan gå ud og få det rettet og sikre, at folk har adgang til vand året rundt."

Brugen af ​​IoT er spændende: Her er en teknologi mange forbinder først med køkkenmaskiner og Alexa højttalere, der bruges til at redde liv fra tørke. IoT, tingenes internet, refererer i store træk til maskiners evne til at kommunikere med hinanden.

Forestil dig den moderne, teknologiske lejlighed: Du har måske en smart hjem-hub, der, når klokken slår 7 om morgenen, fortæller din smarte højttaler til at afspille en alarm, din kaffemaskine til at begynde at brygge en kande, dit tv til at tænde og skifte kanal til morgenen nyheder. Hvis temperaturen udenfor er under en vis tærskel, skruer din smarte termostat op for varmen. Selvom du måske har programmeret disse instruktioner til at begynde med, kan maskinerne "tale" med hinanden og udføre instruktioner uden at et menneske mikrostyrer dem.

Det er vigtigt, at enheder kan kommunikere med hinanden uden at synkronisere med det bredere internet, og dette er afgørende for SweetSenses arbejde i Afrika.

"Grunden til, at det er IoT, er, at vi er helt off-grid," forklarer Thomas. "Der er ingen mobiltjeneste, der er ingen strøm, der er ingen forsyningsforbindelser, så vi har en selvstændig, solcelledrevet sensor, der er knyttet til disse pumper, der kan overvåge vandforsyningen og forbinde den via satellit netværk."

Sensorerne kan passe i en persons håndflade og drives af et "2-watt solpanel, som er på størrelse med en lille paperback-bog."

En delt ressource kræver delt information

At kunne måle grundvandsforbrug nøjagtigt er et afgørende skridt, men det er ikke nok blot at have præcise instrumenter. Grundvand er en enestående kompliceret ressource at håndtere. Det hele ligger under jorden, ude af syne, og på grund af hvor afgørende det er for en række forskellige industrier, vil alle have deres tår ved springvandet.

"Jeg tror, ​​der er en iboende vanskelighed i vandforvaltning og naturressourceforvaltning, hvor det er svært at spore, hvem der gør hvad og holde styr på det over tid," siger Johnson. "Der er ikke megen tillid mellem brugere, især mellem brugere og regeringen eller lokale forvaltningsorganer til andre enheder, der ønsker den samme ressource."

Grundvandsforbruget er et glimrende eksempel på almuens tragedie, ideen, som præsenteres med en delt ressource, vil enkeltpersoner beslutte at maksimere deres egen brug af det, på trods af at hvis alle gør det, kan det udtømme ressourcen og undergang gruppe.

Forvaltning af en fælles ressource som vand, en som folk føler sig naturligt berettiget til, kræver ikke blot, at gruppens overlevelse afhænger af, at alle rationerer deres brug. Det kræver tillid. Hvert individ ønsker at vide, at alle andre spiller efter de samme regler.

"Vand er en delt ressource," siger Nathan Wangusi, teknisk leder for vand hos IBM Research Africa, "hvilket betyder, at hvis vi udvinder fra samme grundvandsmagasin, vi skal have betingelser for, hvor meget vi udvinder, hvilken hastighed vi udvinder med … så ideen om konsensus er meget vigtig."

En markedsbaseret tilgang

Wangusi og hans team arbejder i Kenya, i en region, han beskriver som "tyndt befolket" og "stort set pastoral... stærkt afhængig af grundvand." Det er også en region, hvor det er svært at implementere mange teknologiske løsninger. Wangusi og hans team besluttede at fokusere på, hvordan man tjener penge på vandrettigheder.

"Du tænker på enhver anden naturressource, såsom mineraler, jord, adgang til evnen til at forurene," forklarer Wangusi, "du får de rettigheder gennem en tilladelse … hvis du har en CO2-kredit, får du en vis tilladelse til at putte en vis mængde kulstof i miljø."

Ligeledes, hvis du ejer jord, kan du dyrke afgrøder og have ret til at sælge disse afgrøder. Hvis du ejer en mine, kan du udvinde mineraler fra den og sælge dem. Grundvand er dog vanskeligere.

"Det, der er anderledes ved vandrettigheder, mere end andre naturressourcerettigheder, er, at du ikke kan konvertere vandrettigheder direkte... til et kommercielt instrument."

Wangusi og hans team slog sig ned på ideen om grundvandskreditter. En kredit giver ejeren ret til at udvinde en bestemt mængde vand fra jorden, og hvis ejeren ikke ønsker det gør brug af den ret selv, kan de ”konvertere dem til kommercielle instrumenter, som du kan handle i en åben marked."

Markeder handler dog om tillid. De involverede mennesker skal stole på, at det produkt, de køber - i dette tilfælde retten til at udvinde grundvand - er gyldigt, og de skal stole på, at ingen andre spiller systemet. Hvorfor skulle en landmand begrænse sig til kun det vand, de har råd til at købe en tilladelse til, hvis de har mistanke om, at deres nabo pumper vand med hensynsløs opgivelse? Alle skal have adgang til disse oplysninger og vide, at oplysningerne er troværdige.

Et system, som alle kan stole på

"Teknologien, der er designet til at understøtte konsensus og demokratisk adgang til information," siger Wangusi, "er pr. definition Blockchain, fordi du har denne idé om en hovedbog, der er uforanderlig, og så har du ideen om en smart kontrakt, der kan flytte transaktioner inden for den Blockchain netværk."

Blockchain er teknologien der ligger til grund for kryptovalutaer som Bitcoin, men det har et stort potentiale for andre applikationer. Kort sagt er en Blockchain en decentraliseret hovedbog, der deles mellem alle, der ønsker adgang til den.

Når et hvilket som helst antal parter foretager en transaktion eller anden handel (f.eks. registrerer en "smart kontrakt") på Blockchain, verificerer de andre parter på netværket det og sikrer dets plads i posten. Informationen er tilgængelig for alle brugere, og ingen kan ændre den i efterhånden, fordi dataene skal stemme overens med de kopier, alle andre har.

SweetSense's sensorer kan nøjagtigt spore mængden af ​​grundvand, der trækkes op fra enhver pumpe i system, og formidle den information til IBMs Blockchain via satellitter, så dataene flyder selv i fjerntliggende områder områder. På Blockchain kan brugere købe og sælge deres vandkreditter, endda registrere smarte kontrakter for automatisk at købe eller sælge, når prisen er den rigtige, og alle kan se, hvilke pumper der er funktionelle eller ej, hvor der pumpes vand, og så på.

Fra Kenya til Californien

Systemet, der er udviklet i Afrika, er en velsignelse for de pastorale samfund, der er afhængige af grundvandet der. For Freshwater Trust så det også ud til at have et stort potentiale for Californien. Selvom folk måske ikke umiddelbart forbinder Kenya og Californien i deres sind, er begge regioner afhængige af landbrug, og begge er afhængige af grundvand.

Thomas havde tidligere arbejdet med Freshwater Trust, og de så en chance for at samarbejde.

"Fordi TFT forsøgte at finde ud af, hvordan man hjælper landmænd med faktisk at overvåge vand, og hvordan man hjælper landmænd med at overholde grundvandets bæredygtighed Handle," siger Thomas, "og vigtigst af alt, hvordan man hjælper dem på en måde, der letter smerten ved nye regler og skaber markedsincitamenter for deltager."

Skaberne af projektet var begejstrede over udsigten til det, de kalder "omvendt teknologi transfer," af et system udviklet i udviklingslandene, der kommer for at hjælpe Californien, hjertet af tech verden.

"Det er let, tror jeg, i amerikansk kultur at føle, at vi er de bedste," siger Johnson. »Fordi vi har fået det at vide, eller vi har fortalt os selv det meget. Der er masser af steder, hvor innovation sker, og jeg tror, ​​at teknologiens hastighed har demokratiseret, hvor nogle af de virkelig interessante teknologiske fremskridt kommer fra."

I betragtning af Californiens centrale rolle i tech-industrien er der en smule ironi der, den store eksportør af innovation, der trækker på teknologi fra et fjerntliggende land.

"Californien er ret teknisk i en meget specifik forstand," siger Johnson, "og det er generelt ikke omkring landbrug. Så jeg tror, ​​at der nok er mange områder, hvor udviklingslandene har lære og har innovationer, der kan lære den udviklede verden det."

Hvad dette IoT/Blockchain-system tilbyder, er en måde at regulere grundvandsforbruget på, som er gennemsigtig og ubestikkelig, hvilket er nyttigt, da landmænd, uanset om de er i Kenya eller Californien, kan være på vagt over for regeringen mandater.

"Hvis vi kan skabe et system, der er troværdigt, er det uforanderligt og viser, at den ressource overordnet, måned efter måned, år efter år, bliver administreres bæredygtigt, men giver brugerne det privatliv og den sikkerhed, de har brug for for rent faktisk at bruge det system," siger Johnson, "nu er vi taler."

"Lovgivningen kommer til at tvinge efterspørgslen efter disse nye typer systemer," tilføjer han, og så organisationer som Freshwater Trust forsøger "at finde ud af ting, før alle kommer tilbage mod vægen …"

Jorden er ved at blive udtørret

Menneskehedens ryg er måske ikke presset mod væggen endnu, men vi kan mærke den truende.

"Vi har ikke vand tilgængeligt året rundt, egentlig nogen steder i verden, og det er ved at blive en krise," siger Thomas. »Tørken forværrer dette problem, efterspørgslen forværrer dette problem, og vi skal sørge for, at vandet er tilgængeligt, hvor det skal være, og når det skal være. Og det kommer vi ikke til at kunne gøre på den gamle måde, tilføjer han. »Vi skal ikke bare bygge nye dæmninger igen eller stjæle alt vandet ud af bjergene. Vi skal kunne styre vandet, hvor det er.”

Tørke skader ikke kun landbruget. En nylig erklæring fra USDA Forest Service anfører, at 18 millioner træer er døde i Californien siden 2017, hvilket bringer det samlede antal døde siden 2010 til 149 millioner. Disse skaller strækker sig over millioner af hektar, et hav af optænding, der venter på en gnist. Californiens langvarige tørke er faldet sammen med en stigning i skovbrande, herunder lejrbranden i 2018, den dødeligste naturbrand i Californiens historie.

Det kommer til at kræve robust offentlig politik og teknologisk innovation for at afværge katastrofer, og Californien udnytter begge dele.

"Vi som mennesker har adgang til næsten gudelignende teknologi lige nu," siger Johnson. "Lad os få en følelse af, at det haster og prøve tingene og anvende nogle af disse teknologier, hvor der er mest brug for dem."

Redaktørens anbefalinger

• Glem tingenes internet. Her er hvad IoT virkelig står for