Kalifornien nutzt Blockchain und IoT zur Verwaltung der Grundwassernutzung

Kalifornien hat ein Wasserproblem.

Der Staat ist ein landwirtschaftliches Kraftwerk, über ein Drittel produzieren Der US-amerikanische Gemüseanbau produziert über 50 Milliarden US-Dollar pro Jahr, aber seine enorme und vielfältige Produktion erfordert eine ähnlich kolossale Menge Wasser.

Seit Jahrzehnten pumpen Landwirte und Unternehmen Grundwasser aus den Grundwasserleitern Kaliforniens, den durchlässigen Gesteinsschichten, die das Wasser im Untergrund halten, und die Ergebnisse sind erschreckend. Da Grundwasserleiter schneller entwässern, als der Regen sie wieder auffüllen kann, sinkt der Boden tatsächlich ab, ein Phänomen, das als „Absenkung“ bezeichnet wird. In Bereichen, in denen Gebäude und Straßen auf dem Boden ruhen, kann dies zu Schäden führen.

„Kalifornien ist für die amerikanische Landwirtschaft von großer Bedeutung“, sagte Alex Johnson, Direktor des Freshwater Fund für The Freshwater Trust, gegenüber Digital Trends. „Aber es ist stark vom Grundwasser abhängig, und es gibt einige Becken im Zentraltal, die im Laufe der Zeit so erschöpft wurden In den letzten Jahrzehnten sind sie 20 Fuß tiefer gelegen, weil diese Grundwasserleiter trockengelegt wurden und der gesamte Boden trockengelegt wurde sich niederlassen.“

Wenn die Grundwasserleiter absinken, stellen sie nicht nur eine Gefahr für die Infrastruktur vor Ort dar. Gestein und Boden kollabieren zusammen und entfernen den Raum, in dem sich einst Wasser ansammeln konnte. Das könnte katastrophal sein nach Angaben des kalifornischen Ministeriums für WasserressourcenIm Durchschnitt eines Jahres macht das Grundwasser 38 Prozent der Wasserversorgung des Staates aus. In trockenen Jahren kann diese Zahl auf über 46 Prozent steigen.

Wenn Kalifornien eine weitere Erschöpfung der Grundwasserleiter verhindern und Dürren wie die von 2011 bis 2017 überstehen will, muss der Staat seinen Grundwasserverbrauch steuern. Im Central Valley arbeitet eine Gruppe von Organisationen an einem Projekt, das die Flut durch die Kombination zweier Technologien eindämmen könnte: das Internet der Dinge (IoT) und Blockchain.

Ein Projekt, das in der Wiege der Menschheit geboren wurde

Die erste große Herausforderung bestand darin, herauszufinden, wie der Grundwasserspiegel im gesamten Bundesstaat überwacht werden kann. Glücklicherweise ist dies ein Problem, mit dem sich Menschen in anderen Regionen der Welt seit Jahren auseinandersetzen und für das sie bereits Lösungen entwickelt haben.

„Heute machen wir das vor allem in Ostafrika“, sagt Evan Thomas, CEO von SweetSense, einem Unternehmen, das satellitengestützte Sensoren zur Überwachung der ländlichen Wasserversorgung einsetzt. „In den letzten 30 Jahren gab es in Ostafrika jedes Jahr 30 Prozent weniger Niederschläge“, erklärt er Dürre gibt es mittlerweile praktisch jedes Jahr, statt alle zehn oder 20 Jahre, und die Folgen der Dürre sind tatsächlich vorhanden schwer. 250.000 Menschen starben 2011 an den Folgen der Dürre in Äthiopien und Kenia, fast zehn Millionen Menschen waren betroffen.“

In Kenia arbeitete SweetSense mit IBM Research zusammen und baute mit Unterstützung der United States Agency for International Development (USAID) ein Das System nutzt IoT-Sensoren, um „den Grundwasserverbrauch und -bedarf zu überwachen, dies mit der Verfügbarkeit von Niederschlagswasser an der Oberfläche zu korrelieren, und dann noch mehr.“ Wichtig ist, dass wir diese Daten nutzen, um zu erkennen, wann eine Wasserpumpe ausfällt, damit wir das Problem beheben und sicherstellen können, dass die Menschen Zugang zu Wasser haben das ganze Jahr."

Spannend ist der Einsatz von IoT: Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die viele Menschen zunächst mit Küchengeräten assoziieren Alexa Lautsprecher, die dazu dienen, Leben vor Dürre zu retten. IoT, das Internet der Dinge, bezieht sich im Großen und Ganzen auf die Fähigkeit von Maschinen, miteinander zu kommunizieren.

Stellen Sie sich die moderne, technikbegeisterte Wohnung vor: Sie könnten einen Smart-Home-Hub haben, der es Ihrem Smart mitteilt, wenn die Uhr 7 Uhr morgens schlägt Lautsprecher zum Abspielen eines Alarms, Ihre Kaffeemaschine zum Starten einer Kanne, Ihr Fernseher zum Einschalten und Wechseln des Kanals auf „Morgen“. Nachricht. Wenn die Außentemperatur unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, erhöht Ihr intelligenter Thermostat die Heizung. Auch wenn Sie diese Anweisungen ursprünglich programmiert haben, können die Maschinen miteinander „sprechen“ und Anweisungen ausführen, ohne dass ein Mensch sie mikromanagiert.

Wichtig ist, dass Geräte miteinander kommunizieren können, ohne sich mit dem Internet zu synchronisieren, und das ist für die Arbeit von SweetSense in Afrika von entscheidender Bedeutung.

„Der Grund für das IoT ist, dass wir völlig netzunabhängig sind“, erklärt Thomas. „Es gibt keinen Mobilfunkdienst, es gibt keinen Strom, es gibt keine Stromanschlüsse, also haben wir ein eigenständiges, An diesen Pumpen ist ein solarbetriebener Sensor angebracht, der die Wasserversorgung überwachen und über Satellit verbinden kann Netzwerke.“

Die Sensoren passen in die Handfläche einer Person und werden von einem „2-Watt-Solarpanel in der Größe eines kleinen Taschenbuchs“ angetrieben.

Eine gemeinsam genutzte Ressource erfordert gemeinsame Informationen

Die genaue Messung des Grundwasserverbrauchs ist ein entscheidender Schritt, aber es reicht nicht aus, nur über genaue Instrumente zu verfügen. Grundwasser ist eine besonders kompliziert zu verwaltende Ressource. Es liegt alles unter der Erde, außer Sichtweite, und da es für eine Vielzahl von Branchen von entscheidender Bedeutung ist, möchte jeder einen Schluck aus dem Brunnen trinken.

„Ich denke, es gibt eine inhärente Schwierigkeit bei der Wasserbewirtschaftung und der Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen, da es schwierig ist, nachzuverfolgen, wer was tut, und dies im Laufe der Zeit im Auge zu behalten“, sagt Johnson. „Es besteht nicht viel Vertrauen zwischen den Benutzern, insbesondere zwischen Benutzern und der Regierung oder lokalen Verwaltungsbehörden gegenüber anderen Einheiten, die die gleiche Ressource benötigen.“

Die Grundwassernutzung ist ein hervorragendes Beispiel dafür Tragödie des Gemeinwesens, die Idee, die mit einer gemeinsamen Ressource präsentiert wird, entscheiden Einzelpersonen, ihre eigene Nutzung zu maximieren davon, trotz der Tatsache, dass, wenn jeder dies tut, dies die Ressource erschöpfen und zum Untergang führen könnte Gruppe.

Die Bewirtschaftung einer gemeinsamen Ressource wie Wasser, auf die die Menschen ein natürliches Recht haben, erfordert nicht nur, dass das Überleben der Gruppe davon abhängt, dass alle ihre Nutzung rationieren. Es erfordert Vertrauen. Jeder Einzelne möchte wissen, dass alle anderen nach den gleichen Regeln spielen.

„Wasser ist eine gemeinsame Ressource“, sagt Nathan Wangusi, technischer Leiter für Wasser bei IBM Research Africa, „das heißt, wenn wir etwas daraus gewinnen.“ Aus demselben Grundwasserleiter müssen wir Bedingungen dafür haben, wie viel wir fördern, mit welcher Geschwindigkeit wir fördern … also ist dieser Konsensgedanke sehr wichtig wichtig."

Ein marktbasierter Ansatz

Wangusi und sein Team arbeiten in Kenia, in einer Region, die er als „dünn besiedelt“ und „überwiegend pastoral …“ beschreibt. stark vom Grundwasser abhängig.“ Es ist auch eine Region, in der es schwierig ist, viele Technologien einzusetzen Lösungen. Wangusi und sein Team beschlossen, sich auf die Monetarisierung von Wasserrechten zu konzentrieren.

„Wenn man an jede andere natürliche Ressource denkt, etwa an Mineralien, Land oder die Möglichkeit, die Umwelt zu verschmutzen“, erklärt Wangusi, „dann bekommt man diese.“ Rechte durch eine Genehmigung … Wenn Sie über eine Emissionsgutschrift verfügen, erhalten Sie eine Genehmigung, um eine bestimmte Menge Kohlenstoff in die Anlage einzubringen Umfeld."

Wenn Sie Land besitzen, können Sie ebenfalls Feldfrüchte anbauen und haben das Recht, diese Feldfrüchte zu verkaufen. Wenn Sie ein Bergwerk besitzen, können Sie dort Mineralien abbauen und verkaufen. Grundwasser ist jedoch schwieriger.

„Der Unterschied zwischen Wasserrechten und anderen Rechten an natürlichen Ressourcen besteht darin, dass man Wasserrechte nicht direkt … in ein kommerzielles Instrument umwandeln kann.“

Wangusi und sein Team entschieden sich für die Idee von Grundwassergutschriften. Ein Kredit gibt dem Eigentümer das Recht, eine bestimmte Menge Wasser aus dem Boden zu entnehmen, auch wenn der Eigentümer dies nicht möchte Wenn Sie selbst von diesem Recht Gebrauch machen, können sie „sie in kommerzielle Instrumente umwandeln, die Sie offen handeln können.“ Markt."

Auf Märkten geht es jedoch um Vertrauen. Die beteiligten Personen müssen darauf vertrauen können, dass das Produkt, das sie kaufen – in diesem Fall das Recht auf Grundwassergewinnung – gültig ist, und sie müssen darauf vertrauen können, dass niemand anderes das System manipuliert. Warum sollte sich ein Bauer nur auf das Wasser beschränken, für das er sich eine Genehmigung leisten kann, wenn er vermutet, dass sein Nachbar rücksichtslos Wasser pumpt? Jeder muss Zugriff auf diese Informationen haben und wissen, dass die Informationen vertrauenswürdig sind.

Ein System, dem jeder vertrauen kann

„Die Technologie, die einen Konsens und einen demokratisierten Zugang zu Informationen unterstützen soll“, sagt Wangusi, „ist per Definition Blockchain, weil Sie.“ Sie haben die Idee eines unveränderlichen Hauptbuchs, und dann haben Sie die Idee eines intelligenten Vertrags, der Transaktionen innerhalb dieser Blockchain bewegen kann Netzwerk."

Blockchain ist die Technologie Das liegt Kryptowährungen wie Bitcoin zugrunde, bietet aber viel Potenzial für andere Anwendungen. Vereinfacht ausgedrückt ist eine Blockchain ein dezentrales Hauptbuch, das allen zur Verfügung steht, die darauf zugreifen möchten.

Wenn eine beliebige Anzahl von Parteien eine Transaktion oder ein anderes Geschäft (z. B. die Registrierung eines „intelligenten Vertrags“) auf der Blockchain durchführen, überprüfen die anderen Parteien im Netzwerk dies und sichern sich seinen Platz in der Aufzeichnung. Die Informationen stehen allen Benutzern zur Verfügung und niemand kann sie nachträglich ändern, da die Daten mit den Kopien aller anderen übereinstimmen müssen.

Die Sensoren von SweetSense können die Menge des von jeder Pumpe in der Region geförderten Grundwassers genau verfolgen System und übermitteln diese Informationen über Satelliten an die Blockchain von IBM, sodass die Daten auch aus der Ferne fließen Bereiche. Auf der Blockchain können Benutzer ihre Wasserguthaben kaufen und verkaufen und sogar Smart Contracts registrieren, um automatisch Wasser zu kaufen oder zu verkaufen verkaufen, wenn der Preis stimmt, und jeder sehen kann, welche Pumpen funktionieren oder nicht, wohin Wasser gepumpt wird und so weiter An.

Von Kenia nach Kalifornien

Das in Afrika entwickelte System ist ein Segen für die Hirtengemeinden, die dort auf Grundwasser angewiesen sind. Für den Freshwater Trust schien es auch großes Potenzial für Kalifornien zu haben. Obwohl die Menschen Kenia und Kalifornien vielleicht nicht sofort mit Kalifornien in Verbindung bringen, sind beide Regionen auf die Landwirtschaft und beide auf Grundwasser angewiesen.

Thomas hatte in der Vergangenheit mit dem Freshwater Trust zusammengearbeitet und sie sahen eine Chance zur Zusammenarbeit.

„Weil TFT versucht hat, herauszufinden, wie man Landwirten dabei helfen kann, Wasser tatsächlich zu überwachen und die Grundwasser-Nachhaltigkeitsvorgaben einzuhalten Handeln Sie“, sagt Thomas, „und vor allem: Wie können Sie ihnen auf eine Weise helfen, die den Schmerz neuer Vorschriften lindert und Marktanreize dafür schafft?“ teilnehmen.“

Die Macher des Projekts waren von der Aussicht auf das, was sie „umgekehrte Technologie“ nennen, begeistert Transfer“ eines in Entwicklungsländern entwickelten Systems, das Kalifornien, dem Herzen der Welt, helfen soll Tech-Welt.

„In der amerikanischen Kultur ist es meiner Meinung nach leicht, das Gefühl zu haben, die Besten zu sein“, sagt Johnson. „Weil uns das gesagt wurde oder wir uns das oft gesagt haben. Es gibt viele Orte, an denen Innovationen stattfinden, und ich denke, dass die Geschwindigkeit der Technologie demokratisiert hat, woher einige dieser wirklich interessanten technologischen Fortschritte kommen.“

Angesichts der zentralen Rolle Kaliforniens in der Technologiebranche liegt darin eine gewisse Ironie, dass der große Innovationsexporteur auf Technologie aus einem weit entfernten Land zurückgreift.

„Kalifornien ist in einem ganz bestimmten Sinne ziemlich technisch“, sagt Johnson, „und das betrifft im Allgemeinen nicht die Landwirtschaft.“ Daher denke ich, dass es wahrscheinlich viele Bereiche gibt, in denen die Entwicklungsländer Lehren und Innovationen haben, die der entwickelten Welt dies beibringen können.“

Dieses IoT/Blockchain-System bietet eine Möglichkeit, die Grundwassernutzung transparent und transparent zu regulieren unbestechlich, was hilfreich ist, wenn man bedenkt, dass Landwirte, egal ob in Kenia oder Kalifornien, gegenüber der Regierung misstrauisch sein können Mandate.

„Wenn wir ein System schaffen können, das glaubwürdig und unveränderlich ist und zeigt, dass diese Ressource Monat für Monat, Jahr für Jahr insgesamt vorhanden ist.“ „Nachhaltig verwaltet, aber den Benutzern die Privatsphäre und Sicherheit gegeben, die sie benötigen, um dieses System tatsächlich zu nutzen“, sagt Johnson, „jetzt sind wir es.“ reden.“

„Die Gesetzgebung wird die Nachfrage nach diesen neuen Systemtypen forcieren“, fügt er hinzu und so weiter Organisationen wie der Freshwater Trust versuchen, „die Dinge herauszufinden, bevor alle zurück sind.“ gegen die Wand …"

Die Erde trocknet aus

Die Menschheit steht vielleicht noch nicht mit dem Rücken zur Wand, aber wir können spüren, wie sie sich abzeichnet.

„Wir haben nicht das ganze Jahr über Wasser zur Verfügung, praktisch nirgendwo auf der Welt, und es entwickelt sich zu einer Krise“, sagt Thomas. „Dürre verschärft dieses Problem, die Nachfrage verschärft dieses Problem und wir müssen sicherstellen, dass Wasser dort verfügbar ist, wo es sein muss und wann es sein muss.“ Und das werden wir nicht auf die alte Art und Weise schaffen“, fügt er hinzu. „Wir werden nicht einfach wieder neue Dämme bauen oder den Bergen das gesamte Wasser stehlen. Wir müssen in der Lage sein, das Wasser dort zu verwalten, wo es ist.“

Dürre schadet nicht nur der Landwirtschaft. Eine aktuelle Stellungnahme des USDA Forest Service besagt, dass Seit 2017 sind in Kalifornien 18 Millionen Bäume abgestorben, sodass sich die Gesamtzahl der abgestorbenen Bäume seit 2010 auf 149 Millionen beläuft. Diese Hüllen erstrecken sich über Millionen Hektar, ein Meer aus Feuerholz, das auf einen Funken wartet. Die anhaltende Dürre in Kalifornien ging mit einer Zunahme von Waldbränden einher, darunter dem Lagerfeuer 2018. das tödlichste Lauffeuer in der Geschichte Kaliforniens.

Es bedarf einer starken öffentlichen Politik und technologischer Innovation, um eine Katastrophe abzuwenden, und Kalifornien nutzt beides.

„Wir Menschen haben derzeit Zugang zu fast gottähnlicher Technologie“, sagt Johnson. „Lassen Sie uns die Dringlichkeit spüren, Dinge ausprobieren und einige dieser Technologien dort anwenden, wo sie am meisten benötigt werden.“

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