Η Καλιφόρνια χρησιμοποιεί Blockchain και IoT για τη διαχείριση της χρήσης των υπόγειων υδάτων

Η Καλιφόρνια έχει πρόβλημα με το νερό.

Το κράτος είναι μια αγροτική δύναμη, παράγει πάνω από το ένα τρίτο των λαχανικών των Ηνωμένων Πολιτειών και παράγει πάνω από 50 δισεκατομμύρια δολάρια το χρόνο, αλλά η τεράστια και ποικίλη παραγωγή του απαιτεί μια παρόμοια κολοσσιαία ποσότητα νερού.

Για δεκαετίες, αγρότες και επιχειρήσεις αντλούσαν υπόγεια ύδατα από τους υδροφόρους ορίζοντες της Καλιφόρνια, τα διαπερατά στρώματα βράχου που συγκρατούν το νερό κάτω από τη γη, και τα αποτελέσματα ήταν τρομακτικά. Καθώς οι υδροφόροι ορίζοντες αποστραγγίζονται γρηγορότερα από ό, τι η βροχή μπορεί να τους αναπληρώσει, το έδαφος στην πραγματικότητα βυθίζεται, ένα φαινόμενο που ονομάζεται «καταβύθιση». Σε περιοχές όπου τα κτίρια και οι δρόμοι βρίσκονται στην κορυφή του εδάφους, αυτό μπορεί να προκαλέσει ζημιά.

«Η Καλιφόρνια είναι τεράστια για την αμερικανική γεωργία», δήλωσε στο Digital Trends ο Άλεξ Τζόνσον, Διευθυντής του Ταμείου Γλυκών υδάτων του The Freshwater Trust. «Αλλά εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα υπόγεια ύδατα και υπάρχουν μερικές λεκάνες στην κεντρική κοιλάδα που έχουν εξαντληθεί τόσο τις τελευταίες δύο δεκαετίες που είναι 20 πόδια χαμηλότερα σε υψόμετρο επειδή αυτοί οι υδροφόροι ορίζοντες έχουν αποστραγγιστεί και όλο το έδαφος είναι τακτοποίηση."

Καθώς οι υδροφόροι ορίζοντες βυθίζονται, δεν αποτελούν απλώς κίνδυνο για τις υποδομές στο έδαφος. Βράχος και χώμα καταρρέουν μαζί, αφαιρώντας το χώρο όπου κάποτε μπορούσε να συσσωρευτεί νερό. Αυτό θα μπορούσε να είναι καταστροφικό, καθώς σύμφωνα με το Τμήμα Υδάτινων Πόρων της Καλιφόρνια, κατά μέσο όρο τα υπόγεια ύδατα αντιπροσωπεύουν το 38 τοις εκατό της παροχής νερού της πολιτείας. Σε ξηρά χρόνια, ο αριθμός αυτός μπορεί να ξεπεράσει το 46%.

Εάν η Καλιφόρνια πρόκειται να αποτρέψει την περαιτέρω εξάντληση των υδροφορέων και να επιβιώσει από ξηρασίες όπως αυτή που την έπληξε από το 2011 έως το 2017, η πολιτεία θα πρέπει να διαχειριστεί τη χρήση των υπόγειων υδάτων. Στην κεντρική κοιλάδα, μια ομάδα οργανισμών εργάζεται σε ένα έργο που θα μπορούσε να ανακόψει την παλίρροια συνδυάζοντας δύο τεχνολογίες: το διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) και το Blockchain.

Ένα έργο που γεννήθηκε στο λίκνο της ανθρωπότητας

Η πρώτη μεγάλη πρόκληση ήταν να βρούμε πώς να παρακολουθούμε τα επίπεδα των υπόγειων υδάτων σε ολόκληρη την πολιτεία. Ευτυχώς, αυτό είναι ένα θέμα με το οποίο οι άνθρωποι σε άλλες περιοχές του πλανήτη αντιμετωπίζουν εδώ και χρόνια και έχουν ήδη αναπτύξει λύσεις.

«Το κάνουμε αυτό κυρίως σήμερα στην Ανατολική Αφρική», λέει ο Evan Thomas, Διευθύνων Σύμβουλος της SweetSense, μιας εταιρείας που χρησιμοποιεί αισθητήρες συνδεδεμένους με δορυφόρους για την παρακολούθηση των αγροτικών αποθεμάτων νερού. «Υπάρχει στην πραγματικότητα 30 τοις εκατό λιγότερες βροχοπτώσεις στην Ανατολική Αφρική κατά το παρελθόν κάθε χρόνο για 30 χρόνια», εξηγεί, «έτσι η ξηρασία είναι βασικά κάθε χρόνο τώρα, αντί για κάθε δέκα ή 20 χρόνια, και οι συνέπειες της ξηρασίας είναι πραγματικά αυστηρός. 250.000 άνθρωποι πέθαναν το 2011 λόγω της ξηρασίας στην Αιθιοπία και την Κένυα και σχεδόν δέκα εκατομμύρια άνθρωποι επλήγησαν».

Στην Κένυα, η SweetSense συνεργάστηκε με την IBM Research και με την υποστήριξη της Υπηρεσίας Διεθνούς Ανάπτυξης των Ηνωμένων Πολιτειών (USAID), δημιούργησαν ένα σύστημα για τη χρήση αισθητήρων IoT για την «παρακολούθηση της χρήσης και ζήτησης των υπόγειων υδάτων, τη συσχέτιση με τη διαθεσιμότητα επιφανειακών υδάτων βροχόπτωσης και, στη συνέχεια, επίσης, τα περισσότερα Είναι σημαντικό, χρησιμοποιήστε αυτά τα δεδομένα για να προσδιορίσετε πότε μια αντλία νερού αποτυγχάνει, ώστε να μπορέσουμε να βγούμε έξω και να τη διορθώσουμε και να βεβαιωθούμε ότι οι άνθρωποι έχουν πρόσβαση στο νερό όλο το χρόνο."

Η χρήση του IoT είναι συναρπαστική: Εδώ είναι μια τεχνολογία που πολλοί άνθρωποι συνδέουν πρώτα με τις συσκευές κουζίνας και Alexa ηχεία, που χρησιμοποιούνται για να σώσουν ζωές από την ξηρασία. Το IoT, το διαδίκτυο των πραγμάτων, αναφέρεται, σε γενικές γραμμές, στην ικανότητα των μηχανών να επικοινωνούν μεταξύ τους.

Φανταστείτε το μοντέρνο, τεχνολογικό διαμέρισμα: Μπορεί να έχετε ένα έξυπνο κέντρο σπιτιού που, όταν το ρολόι χτυπά 7 π.μ., λέει στον έξυπνο το ηχείο για να παίξει ένα ξυπνητήρι, η καφετιέρα σας για να ξεκινήσει η παρασκευή μιας κατσαρόλας, η τηλεόρασή σας για να ενεργοποιήσετε και να αλλάξετε το κανάλι στο πρωί Νέα. Εάν η εξωτερική θερμοκρασία είναι κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο, ο έξυπνος θερμοστάτης σας ανεβάζει τη θερμότητα. Αν και μπορεί να έχετε προγραμματίσει αρχικά αυτές τις οδηγίες, τα μηχανήματα μπορούν να «μιλούν» μεταξύ τους και να εκτελούν οδηγίες χωρίς να τις διαχειρίζεται ο άνθρωπος.

Είναι σημαντικό ότι οι συσκευές μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους χωρίς να συγχρονίζονται με το ευρύτερο Διαδίκτυο και αυτό είναι ζωτικής σημασίας για το έργο του SweetSense στην Αφρική.

«Ο λόγος που είναι IoT είναι ότι είμαστε εντελώς εκτός δικτύου», εξηγεί ο Thomas. «Δεν υπάρχει υπηρεσία κινητής τηλεφωνίας, δεν υπάρχει ρεύμα, δεν υπάρχουν συνδέσεις κοινής ωφέλειας, επομένως έχουμε ένα αυτόνομο, Αισθητήρας ηλιακής ενέργειας που είναι συνδεδεμένος σε αυτές τις αντλίες που μπορεί να παρακολουθεί την παροχή νερού και να το συνδέσει μέσω δορυφόρου δίκτυα."

Οι αισθητήρες μπορούν να χωρέσουν στην παλάμη ενός ατόμου και τροφοδοτούνται από ένα «ηλιακό πάνελ 2 Watt που έχει το μέγεθος ενός μικρού χαρτόδετου βιβλίου».

Ένας κοινόχρηστος πόρος απαιτεί κοινές πληροφορίες

Το να μπορούμε να μετράμε με ακρίβεια τη χρήση των υπόγειων υδάτων είναι ένα κρίσιμο βήμα, αλλά δεν αρκεί απλώς να έχουμε ακριβή όργανα. Τα υπόγεια ύδατα είναι ένας μοναδικά περίπλοκος πόρος για διαχείριση. Όλα βρίσκονται υπόγεια, μακριά από το οπτικό πεδίο, και λόγω του πόσο κρίσιμο είναι για μια ποικιλία βιομηχανιών, όλοι θέλουν τη γουλιά τους στο σιντριβάνι.

«Νομίζω ότι υπάρχει μια εγγενής δυσκολία στη διαχείριση των υδάτων και στη διαχείριση των φυσικών πόρων, όπου είναι δύσκολο να εντοπιστεί ποιος κάνει τι και να το παρακολουθήσεις με την πάροδο του χρόνου», λέει ο Johnson. «Δεν υπάρχει μεγάλη εμπιστοσύνη μεταξύ των χρηστών, ειδικά μεταξύ των χρηστών και της κυβέρνησης ή των τοπικών φορέων διαχείρισης σε άλλες οντότητες που θέλουν τον ίδιο πόρο».

Η χρήση των υπόγειων υδάτων είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα τραγωδία των κοινών, την ιδέα που παρουσιάζεται με έναν κοινόχρηστο πόρο, τα άτομα θα αποφασίσουν να μεγιστοποιήσουν τη δική τους χρήση από αυτό, παρά το γεγονός ότι, αν το κάνουν όλοι, θα μπορούσε να εξαντλήσει τον πόρο και να τον καταδικάσει ομάδα.

Η διαχείριση ενός κοινόχρηστου πόρου, όπως το νερό, που οι άνθρωποι αισθάνονται ότι δικαιούνται φυσικά, δεν απαιτεί μόνο η επιβίωση της ομάδας να εξαρτάται από το μερίδιο του καθενός στη χρήση τους. Απαιτεί εμπιστοσύνη. Κάθε άτομο θέλει να ξέρει ότι όλοι οι άλλοι παίζουν με τους ίδιους κανόνες.

«Το νερό είναι ένας κοινόχρηστος πόρος», λέει ο Nathan Wangusi, Τεχνικός Επικεφαλής για το Νερό στην IBM Research Africa, «πράγμα που σημαίνει ότι αν εξάγουμε από στον ίδιο υδροφόρο ορίζοντα πρέπει να έχουμε συνθήκες σχετικά με το πόσο εξορύσσουμε, με ποιο ρυθμό εξορύσσουμε… έτσι αυτή η ιδέα της συναίνεσης είναι πολύ σπουδαίος."

Μια προσέγγιση που βασίζεται στην αγορά

Ο Γουάνγκουσι και η ομάδα του εργάζονται στην Κένυα, σε μια περιοχή που περιγράφει ως «αραιοκατοικημένη» και «σε μεγάλο βαθμό ποιμενική… εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα υπόγεια ύδατα». Είναι επίσης μια περιοχή στην οποία είναι δύσκολο να αναπτυχθούν πολλά τεχνολογικά λύσεις. Ο Γουάνγκουσι και η ομάδα του αποφάσισαν να επικεντρωθούν στον τρόπο δημιουργίας εσόδων από τα δικαιώματα του νερού.

«Σκέφτεστε οποιονδήποτε άλλο φυσικό πόρο, όπως ορυκτά, γη, πρόσβαση στην ικανότητα ρύπανσης», εξηγεί ο Wangusi, «τα καταλαβαίνετε δικαιώματα μέσω κάποιας άδειας… εάν έχετε πίστωση άνθρακα, λαμβάνετε κάποια άδεια για να τοποθετήσετε μια συγκεκριμένη ποσότητα άνθρακα στο περιβάλλον."

Ομοίως, εάν έχετε γη, μπορείτε να καλλιεργήσετε καλλιέργειες και να έχετε το δικαίωμα να πουλήσετε αυτές τις καλλιέργειες. Εάν είστε ιδιοκτήτης ορυχείου, μπορείτε να εξάγετε ορυκτά από αυτό και να τα πουλήσετε. Ωστόσο, τα υπόγεια ύδατα είναι πιο δύσκολα.

«Αυτό που διαφέρει με τα δικαιώματα του νερού, περισσότερο από άλλα δικαιώματα φυσικών πόρων, είναι ότι δεν μπορείτε να μετατρέψετε τα δικαιώματα ύδατος απευθείας … σε εμπορικό μέσο».

Ο Γουάνγκουσι και η ομάδα του συμφώνησαν στην ιδέα των πιστώσεων για τα υπόγεια ύδατα. Μια πίστωση παρέχει στον ιδιοκτήτη το δικαίωμα να αντλήσει μια καθορισμένη ποσότητα νερού από το έδαφος και αν ο ιδιοκτήτης δεν το θέλει κάνουν χρήση αυτού του δικαιώματος οι ίδιοι, μπορούν να τα «μετατρέψουν σε εμπορικά μέσα που μπορείτε να τα ανταλλάξετε σε ανοιχτό χώρο αγορά."

Ωστόσο, οι αγορές αφορούν την εμπιστοσύνη. Οι εμπλεκόμενοι πρέπει να εμπιστεύονται ότι το προϊόν που αγοράζουν — σε αυτήν την περίπτωση το δικαίωμα εξόρυξης υπόγειων υδάτων — είναι έγκυρο και πρέπει να εμπιστεύονται ότι κανένας άλλος δεν παίζει το σύστημα. Γιατί ένας αγρότης να περιορίζεται μόνο στο νερό για το οποίο έχει την οικονομική δυνατότητα να αγοράσει μια άδεια, αν υποψιάζεται ότι ο γείτονάς του αντλεί νερό με απερίσκεπτη εγκατάλειψη; Όλοι πρέπει να έχουν πρόσβαση σε αυτές τις πληροφορίες και να γνωρίζουν ότι οι πληροφορίες είναι αξιόπιστες.

Ένα σύστημα που μπορούν να εμπιστευτούν όλοι

«Η τεχνολογία που έχει σχεδιαστεί για να υποστηρίζει τη συναίνεση και την εκδημοκρατική πρόσβαση στις πληροφορίες», λέει ο Wangusi, «είναι εξ ορισμού Blockchain, επειδή έχετε αυτή την ιδέα ενός καθολικού που είναι αμετάβλητο και, στη συνέχεια, έχετε την ιδέα ενός έξυπνου συμβολαίου που μπορεί να μετακινήσει τις συναλλαγές εντός αυτού του Blockchain δίκτυο."

Το blockchain είναι η τεχνολογία που βασίζεται σε κρυπτονομίσματα όπως το Bitcoin, αλλά έχει πολλές δυνατότητες για άλλες εφαρμογές. Με απλά λόγια, ένα Blockchain είναι ένα αποκεντρωμένο καθολικό, το οποίο μοιράζεται σε όλους όσους θέλουν πρόσβαση σε αυτό.

Όταν οποιοσδήποτε αριθμός μερών κάνει μια συναλλαγή ή άλλη συμφωνία (για παράδειγμα, την εγγραφή ενός «έξυπνου συμβολαίου») στο Blockchain, τα άλλα μέρη στο δίκτυο την επαληθεύουν και διασφαλίζουν τη θέση του στο αρχείο. Οι πληροφορίες είναι διαθέσιμες σε όλους τους χρήστες και κανείς δεν μπορεί να τις αλλάξει εκ των υστέρων, επειδή τα δεδομένα πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τα αντίγραφα που έχουν όλοι οι άλλοι.

Οι αισθητήρες του SweetSense μπορούν να παρακολουθούν με ακρίβεια την ποσότητα των υπόγειων υδάτων που αντλούνται από οποιαδήποτε αντλία στο συστήματος και μεταφέρουν αυτές τις πληροφορίες στο Blockchain της IBM μέσω δορυφόρων, έτσι ώστε τα δεδομένα να ρέουν ακόμη και σε απομακρυσμένη περιοχές. Στο Blockchain, οι χρήστες μπορούν να αγοράσουν και να πουλήσουν τις πιστώσεις νερού τους, ακόμη και να εγγράψουν έξυπνα συμβόλαια για αυτόματη αγορά ή πουλήστε όταν η τιμή είναι σωστή και όλοι μπορούν να δουν ποιες αντλίες είναι λειτουργικές ή όχι, πού αντλείται νερό και ούτω καθεξής επί.

Από την Κένυα στην Καλιφόρνια

Το σύστημα, που αναπτύχθηκε στην Αφρική, είναι ένα όφελος για τις ποιμενικές κοινότητες που εξαρτώνται από τα υπόγεια ύδατα εκεί. Στο Freshwater Trust, φάνηκε επίσης να έχει πολλές δυνατότητες για την Καλιφόρνια. Αν και οι άνθρωποι μπορεί να μην συνδέουν αμέσως την Κένυα και την Καλιφόρνια στο μυαλό τους, και οι δύο περιοχές βασίζονται στη γεωργία και οι δύο βασίζονται στα υπόγεια ύδατα.

Ο Thomas είχε συνεργαστεί με το Freshwater Trust στο παρελθόν και είδαν την ευκαιρία να συνεργαστούν.

«Επειδή η TFT προσπαθούσε να βρει πώς να βοηθήσει τους αγρότες να παρακολουθούν πραγματικά το νερό και πώς να βοηθήσουν τους αγρότες να συμμορφωθούν με την αειφορία των υπόγειων υδάτων Ενεργήστε», λέει ο Thomas, «και το πιο σημαντικό, πώς να τους βοηθήσετε με τρόπο που να απαλύνει τον πόνο των νέων κανονισμών και να δημιουργήσει κίνητρα στην αγορά για συμμετέχοντας."

Οι δημιουργοί του έργου ενθουσιάστηκαν από την προοπτική αυτού που αποκαλούν «αντίστροφη τεχνολογία μεταφοράς», ενός συστήματος σχεδιασμένου στον αναπτυσσόμενο κόσμο που έρχεται να βοηθήσει την Καλιφόρνια, την καρδιά του τεχνολογικός κόσμος.

«Είναι εύκολο, νομίζω, στην αμερικανική κουλτούρα, να νιώθουμε ότι είμαστε οι καλύτεροι», λέει ο Τζόνσον. «Επειδή μας το έχουν πει αυτό ή το έχουμε πει πολύ στον εαυτό μας. Υπάρχουν πολλά μέρη όπου συμβαίνει η καινοτομία και νομίζω ότι η ταχύτητα της τεχνολογίας έχει εκδημοκρατιστεί από όπου προέρχονται μερικές από αυτές τις πραγματικά ενδιαφέρουσες τεχνολογικές εξελίξεις».

Δεδομένου του κεντρικού ρόλου της Καλιφόρνια στη βιομηχανία της τεχνολογίας, υπάρχει λίγη ειρωνεία εκεί, ο μεγάλος εξαγωγέας καινοτομίας που βασίζεται στην τεχνολογία από μια μακρινή χώρα.

«Η Καλιφόρνια είναι αρκετά τεχνολογική με μια πολύ συγκεκριμένη έννοια», λέει ο Johnson, «και αυτό γενικά δεν αφορά τη γεωργία. Επομένως, νομίζω ότι υπάρχουν πιθανώς πολλοί τομείς όπου ο αναπτυσσόμενος κόσμος έχει διδασκαλίες και έχει καινοτομίες που μπορούν να το διδάξουν στον ανεπτυγμένο κόσμο».

Αυτό που προσφέρει αυτό το σύστημα IoT/Blockchain είναι ένας τρόπος ρύθμισης της χρήσης των υπόγειων υδάτων που είναι διαφανής και αδιάφθορο, κάτι που είναι χρήσιμο δεδομένου ότι οι αγρότες, είτε στην Κένυα είτε στην Καλιφόρνια, μπορούν να είναι επιφυλακτικοί απέναντι στην κυβέρνηση εντολές.

«Εάν μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα σύστημα που είναι αξιόπιστο, αμετάβλητο και δείχνει ότι συνολικά αυτός ο πόρος, μήνα με τον μήνα, χρόνο με το χρόνο, διαχείριση με βιώσιμο τρόπο, αλλά παρέχει στους χρήστες το απόρρητο και την ασφάλεια που χρειάζονται για να χρησιμοποιήσουν πραγματικά αυτό το σύστημα», λέει ο Johnson, «τώρα είμαστε ομιλία."

«Η νομοθεσία θα επιβάλει τη ζήτηση για αυτούς τους νέους τύπους συστημάτων», προσθέτει, και ούτω καθεξής οργανισμοί όπως το Freshwater Trust προσπαθούν «να καταλάβουν πράγματα πριν από την πλάτη όλων ενάντια στον τοίχο …"

Η Γη ξεραίνει

Η πλάτη της ανθρωπότητας μπορεί να μην είναι ακόμα πιεσμένη στον τοίχο, αλλά μπορούμε να την αισθανθούμε να διαφαίνεται.

«Δεν έχουμε διαθέσιμο νερό όλο το χρόνο, πραγματικά οπουδήποτε στον κόσμο, και γίνεται κρίση», λέει ο Thomas. «Η ξηρασία επιδεινώνει αυτό το ζήτημα, η ζήτηση επιδεινώνει αυτό το ζήτημα και πρέπει να διασφαλίσουμε ότι το νερό είναι διαθέσιμο όπου χρειάζεται και όταν χρειάζεται. Και δεν θα μπορέσουμε να το κάνουμε αυτό με τον παλιό τρόπο», προσθέτει. «Δεν πρόκειται απλώς να χτίσουμε ξανά νέα φράγματα ή να κλέψουμε όλο το νερό από τα βουνά. Πρέπει να είμαστε σε θέση να διαχειριζόμαστε το νερό εκεί που είναι».

Η ξηρασία δεν βλάπτει μόνο τη γεωργία. Μια πρόσφατη δήλωση από το USDA Forest Service δηλώνει ότι 18 εκατομμύρια δέντρα έχουν πεθάνει στην Καλιφόρνια από το 2017, ανεβάζοντας το σύνολο των νεκρών από το 2010 σε 149 εκατομμύρια. Αυτά τα φλοιά απλώνονται σε εκατομμύρια στρέμματα, μια θάλασσα ανάφλεξης που περιμένει μια σπίθα. Η παρατεταμένη ξηρασία της Καλιφόρνια συνέπεσε με την αύξηση των πυρκαγιών, συμπεριλαμβανομένης της πυρκαγιάς του 2018, η πιο φονική πυρκαγιά στην ιστορία της Καλιφόρνια.

Θα χρειαστεί ισχυρή δημόσια πολιτική και τεχνολογική καινοτομία για να αποτρέψει την καταστροφή, και η Καλιφόρνια αξιοποιεί και τα δύο.

«Εμείς ως άνθρωποι έχουμε πρόσβαση σε σχεδόν θεϊκή τεχνολογία αυτή τη στιγμή», λέει ο Johnson. «Ας έχουμε την αίσθηση του επείγοντος και ας δοκιμάσουμε πράγματα και ας εφαρμόσουμε μερικές από αυτές τις τεχνολογίες όπου χρειάζονται περισσότερο».

Συστάσεις των συντακτών

• Ξεχάστε το Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Εδώ είναι τι πραγματικά αντιπροσωπεύει το IoT