Californië gebruikt Blockchain en IoT om het grondwatergebruik te beheren

Californië heeft een waterprobleem.

De staat is een agrarische grootmacht, produceert ruim een ​​derde van de groenten uit de Verenigde Staten en genereert meer dan $50 miljard per jaar, maar de enorme en gevarieerde productie ervan vereist een vergelijkbare enorme hoeveelheid water.

Tientallen jaren lang hebben boeren en bedrijven grondwater uit de watervoerende lagen van Californië gepompt, de doorlatende rotslagen die water ondergronds vasthouden, en de resultaten zijn beangstigend. Omdat watervoerende lagen sneller leeglopen dan regen ze kan aanvullen, zinkt de grond feitelijk, een fenomeen dat ‘verzakking’ wordt genoemd. In gebieden waar gebouwen en wegen op de grond rusten, kan dit schade veroorzaken.

“Californië is enorm voor de Amerikaanse landbouw”, vertelde Alex Johnson, directeur van het Freshwater Fund van The Freshwater Trust, aan Digital Trends. “Maar het is sterk afhankelijk van het grondwater, en er zijn enkele bassins in de centrale vallei die in de afgelopen jaren zo uitgeput zijn geraakt de laatste paar decennia dat ze 6 meter lager in hoogte zijn, omdat die watervoerende lagen zijn drooggelegd en alle grond is vestigen.”

Naarmate de watervoerende lagen zinken, vormen ze niet alleen een risico voor de infrastructuur ter plaatse. Rots en grond vallen samen, waardoor de ruimte wordt verwijderd waar water zich ooit kon ophopen. Dit zou catastrofaal kunnen zijn, zoals volgens het California Department of Water ResourcesGemiddeld is grondwater verantwoordelijk voor 38 procent van de watervoorziening van de staat; in droge jaren kan dat aantal boven de 46 procent uitkomen.

Als Californië een verdere uitputting van de watervoerende lagen wil voorkomen en droogtes zoals die van 2011 tot 2017 wil overleven, zal de staat zijn grondwatergebruik moeten beheren. In de centrale vallei werkt een groep organisaties aan een project dat het tij zou kunnen keren door twee technologieën te combineren: het internet of things (IoT) en Blockchain.

Een project geboren in de wieg van de mensheid

De eerste grote uitdaging was uitzoeken hoe we de grondwaterstanden in de hele staat konden monitoren. Gelukkig is dit een probleem waar mensen in andere delen van de wereld al jaren mee worstelen en waar ze al oplossingen voor hebben ontwikkeld.

“We doen dit vandaag vooral in Oost-Afrika”, zegt Evan Thomas, CEO van SweetSense, een bedrijf dat via satellieten verbonden sensoren gebruikt om de watervoorziening op het platteland te monitoren. ‘Er is de afgelopen dertig jaar elk jaar dertig procent minder neerslag gevallen in Oost-Afrika’, legt hij uit. Droogte komt nu eigenlijk elk jaar voor, in plaats van elke tien of twintig jaar, en de gevolgen van droogte zijn werkelijk waar streng. In 2011 stierven 250.000 mensen als gevolg van de droogte in Ethiopië en Kenia, en werden bijna tien miljoen mensen getroffen.”

In Kenia werkte SweetSense samen met IBM Research en met steun van het United States Agency for International Development (USAID) bouwden ze een systeem om IoT-sensoren te gebruiken om “het grondwatergebruik en de vraag te monitoren, dat te correleren met de beschikbaarheid van oppervlaktewater, en dan ook, de meeste Het belangrijkste is dat we die gegevens gebruiken om vast te stellen wanneer een waterpomp defect raakt, zodat we de pomp kunnen repareren en ervoor kunnen zorgen dat mensen toegang hebben tot water hele jaar."

Het gebruik van IoT is opwindend: dit is een technologie die veel mensen in de eerste plaats associëren met keukenapparatuur en Alexa luidsprekers, die worden gebruikt om levens te redden van droogte. IoT, het internet der dingen, verwijst in grote lijnen naar het vermogen van machines om met elkaar te communiceren.

Stel je het moderne, technische appartement voor: je hebt misschien een slimme thuishub die, wanneer de klok 7.00 uur slaat, je slimme luidspreker om een ​​alarm af te spelen, uw koffiezetapparaat om een ​​pot te zetten, uw tv om aan te zetten en de zender naar de ochtend te veranderen nieuws. Als de temperatuur buiten onder een bepaalde drempel komt, zet je slimme thermostaat de verwarming hoger. Ook al heb je deze instructies in eerste instantie geprogrammeerd, de machines kunnen met elkaar ‘praten’ en instructies uitvoeren zonder dat een mens ze op microniveau beheert.

Belangrijk is dat apparaten met elkaar kunnen communiceren zonder te synchroniseren met het bredere internet, en dit is cruciaal voor het werk van SweetSense in Afrika.

“De reden dat het IoT is, is dat we volledig off-grid zijn”, legt Thomas uit. “Er is geen mobiele service, er is geen stroom, er zijn geen aansluitingen voor nutsvoorzieningen, dus we hebben een op zichzelf staand, sensor op zonne-energie die aan deze pompen is bevestigd en die de watervoorziening kan monitoren en via satelliet kan verbinden netwerken.”

De sensoren passen in de handpalm van een persoon en worden aangedreven door een “zonnepaneel van 2 watt, ter grootte van een klein paperbackboek.”

Een gedeelde bron vereist gedeelde informatie

Het nauwkeurig kunnen meten van het grondwatergebruik is een cruciale stap, maar het is niet voldoende om simpelweg over nauwkeurige instrumenten te beschikken. Grondwater is een bijzonder ingewikkelde hulpbron om te beheren. Het ligt allemaal ondergronds, uit het zicht, en vanwege hoe cruciaal het is voor een verscheidenheid aan industrieën, wil iedereen een slokje aan de fontein.

“Ik denk dat er een inherent probleem is bij waterbeheer en het beheer van natuurlijke hulpbronnen, waarbij het moeilijk is om bij te houden wie wat doet en dat in de loop van de tijd bij te houden”, zegt Johnson. “Er is niet veel vertrouwen tussen gebruikers, vooral niet tussen gebruikers en de overheid of lokale beheersinstanties en andere entiteiten die dezelfde hulpbron willen.”

Het grondwatergebruik is daar een uitstekend voorbeeld van tragedie van de commons, het idee dat wordt gepresenteerd met een gedeelde hulpbron, zullen individuen besluiten hun eigen gebruik te maximaliseren ervan, ondanks het feit dat, als iedereen dat doet, dit de hulpbronnen zou kunnen uitputten en de mensheid zou kunnen verdoemen groep.

Het beheer van een gedeelde hulpbron als water, een hulpbron waar mensen van nature recht op hebben, vereist niet alleen dat het voortbestaan ​​van de groep afhangt van het feit dat iedereen het gebruik ervan rantsoeneert. Het vereist vertrouwen. Ieder individu wil weten dat alle anderen volgens dezelfde regels spelen.

“Water is een gedeelde hulpbron”, zegt Nathan Wangusi, Technical Lead for Water bij IBM Research Africa, “wat betekent dat als we water winnen uit de dezelfde watervoerende laag hebben we nodig om voorwaarden te hebben over hoeveel we winnen, in welk tempo we winnen … dus dat idee van consensus is heel belangrijk."

Een marktgerichte aanpak

Wangusi en zijn team werken in Kenia, in een regio die hij beschrijft als “dunbevolkt” en “grotendeels pastoraal … sterk afhankelijk van grondwater.” Het is ook een regio waarin het moeilijk is om veel technologische ontwikkelingen in te zetten oplossingen. Wangusi en zijn team besloten zich te concentreren op het geld verdienen met waterrechten.

“Je denkt aan elke andere natuurlijke hulpbron, zoals mineralen, land, toegang tot het vermogen om te vervuilen”, legt Wangusi uit, “je krijgt die rechten via een vergunning … als je een koolstofkrediet hebt, krijg je een vergunning om een ​​bepaalde hoeveelheid koolstof in de koolstof te stoppen omgeving."

Op dezelfde manier kun je, als je land bezit, gewassen verbouwen en heb je het recht om die gewassen te verkopen. Als u een mijn bezit, kunt u er mineralen uit halen en verkopen. Grondwater is echter lastiger.

“Wat anders is aan waterrechten, meer dan aan andere rechten op natuurlijke hulpbronnen, is dat je waterrechten niet rechtstreeks kunt omzetten … in een commercieel instrument.”

Wangusi en zijn team kwamen tot het idee van grondwaterkredieten. Een krediet geeft de eigenaar het recht om een ​​bepaalde hoeveelheid water uit de grond te halen, ook als de eigenaar dat niet wil Als ze zelf van dat recht gebruik maken, kunnen ze die ‘omzetten in commerciële instrumenten die je openlijk kunt verhandelen markt."

Markten gaan echter over vertrouwen. De betrokken mensen moeten erop kunnen vertrouwen dat het product dat ze kopen – in dit geval het recht om grondwater te winnen – geldig is, en ze moeten erop kunnen vertrouwen dat niemand anders het systeem bespeelt. Waarom zou een boer zich beperken tot alleen het water waarvoor hij zich een vergunning kan veroorloven, als hij vermoedt dat zijn buurman met roekeloze overgave water pompt? Iedereen moet toegang hebben tot die informatie en weten dat de informatie betrouwbaar is.

Een systeem waar iedereen op kan vertrouwen

“De technologie die is ontworpen om consensus en gedemocratiseerde toegang tot informatie te ondersteunen”, zegt Wangusi, “is per definitie Blockchain, omdat je heb je het idee van een grootboek dat onveranderlijk is, en dan heb je het idee van een slim contract dat transacties binnen die Blockchain kan verplaatsen netwerk."

Blockchain is de technologie dat ligt ten grondslag aan cryptocurrencies zoals Bitcoin, maar heeft veel potentieel voor andere toepassingen. Simpel gezegd is een Blockchain een gedecentraliseerd grootboek, gedeeld door iedereen die er toegang toe wil.

Wanneer een willekeurig aantal partijen een transactie of andere deal sluit (bijvoorbeeld door een ‘slim contract’ te registreren) op de Blockchain, verifiëren de andere partijen in het netwerk dit en stellen ze de plaats ervan in het record veilig. De informatie is beschikbaar voor alle gebruikers en niemand kan deze achteraf wijzigen, omdat de gegevens moeten aansluiten bij de kopieën die alle anderen hebben.

De sensoren van SweetSense kunnen nauwkeurig de hoeveelheid grondwater volgen die uit een pomp in de bodem wordt opgezogen systeem en breng die informatie via satellieten over naar de Blockchain van IBM, zodat de gegevens zelfs op afstand kunnen stromen gebieden. Op de Blockchain kunnen gebruikers hun waterkredieten kopen en verkopen, en zelfs slimme contracten registreren om automatisch te kopen of te verkopen verkopen wanneer de prijs goed is, en iedereen kan zien welke pompen functioneel zijn of niet, waar water wordt gepompt, enzovoort op.

Van Kenia tot Californië

Het systeem, ontwikkeld in Afrika, is een zegen voor de pastorale gemeenschappen die daar afhankelijk zijn van grondwater. Voor de Freshwater Trust leek het ook veel potentieel te hebben voor Californië. Hoewel mensen in hun gedachten Kenia en Californië misschien niet meteen met elkaar in verband brengen, zijn beide regio's afhankelijk van de landbouw, en beide van grondwater.

Thomas had in het verleden met de Freshwater Trust samengewerkt en zij zagen een kans om samen te werken.

“Omdat TFT probeerde uit te zoeken hoe we boeren konden helpen het water daadwerkelijk te monitoren en hoe ze boeren konden helpen voldoen aan de Grondwater Duurzaamheidswet. Handelen’, zegt Thomas, ‘en, belangrijker nog, hoe je ze kunt helpen op een manier die de pijn van nieuwe regelgeving verzacht en marktprikkels creëert voor meedoen.”

De makers van het project waren enthousiast over het vooruitzicht van wat zij ‘omgekeerde technologie’ noemen overdracht”, van een systeem dat in de ontwikkelingslanden is ontworpen en dat Californië, het hart van de wereld, komt helpen technische wereld.

‘Ik denk dat het in de Amerikaanse cultuur gemakkelijk is om het gevoel te hebben dat we de beste zijn’, zegt Johnson. “Omdat ons dat is verteld, of omdat we dat vaak tegen onszelf hebben gezegd. Er zijn veel plaatsen waar innovatie plaatsvindt, en ik denk dat de snelheid van de technologie heeft gedemocratiseerd waar sommige van die echt interessante technologische ontwikkelingen vandaan komen.

Gezien de centrale rol van Californië in de technologie-industrie zit er enige ironie in het feit dat de grote exporteur van innovatie gebruik maakt van technologie uit een ver land.

“Californië is in een heel specifieke zin behoorlijk technisch,” zegt Johnson, “en dat geldt meestal niet voor de landbouw. Dus ik denk dat er waarschijnlijk veel gebieden zijn waar de ontwikkelingslanden leringen en innovaties hebben die de ontwikkelde wereld dat kunnen leren.”

Wat dit IoT/Blockchain-systeem biedt, is een manier om het grondwatergebruik te reguleren die transparant is onvergankelijk, wat nuttig is gezien het feit dat boeren, of ze nu in Kenia of Californië zijn, op hun hoede kunnen zijn voor de overheid mandaten.

“Als we een systeem kunnen creëren dat geloofwaardig en onveranderlijk is, en laat zien dat die hulpbron maand na maand, jaar na jaar duurzaam beheerd, maar geeft de gebruikers de privacy en de veiligheid die ze nodig hebben om dat systeem daadwerkelijk te gebruiken”, zegt Johnson, “nu zijn we praten.”

“De wetgeving zal de vraag naar dit nieuwe soort systemen dwingen”, voegt hij eraan toe Organisaties als de Freshwater Trust proberen ‘dingen uit te zoeken voordat iedereen er achter staat tegen de muur …"

De aarde begint uit te drogen

De rug van de mensheid staat misschien nog niet tegen de muur gedrukt, maar we voelen het wel opdoemen.

“We hebben niet het hele jaar door water beschikbaar, eigenlijk waar ook ter wereld, en het begint een crisis te worden”, zegt Thomas. “Droogte verergert dit probleem, de vraag verergert dit probleem en we moeten ervoor zorgen dat water beschikbaar is waar het nodig is en wanneer het nodig is. En dat gaan we niet op de oude manier kunnen doen”, voegt hij eraan toe. “We gaan niet zomaar weer nieuwe dammen bouwen, of al het water uit de bergen stelen. We moeten het water kunnen beheren waar het is.”

Droogte schaadt niet alleen de landbouw. Een recente verklaring van de USDA Forest Service zegt dat Sinds 2017 zijn in Californië 18 miljoen bomen gestorven, wat het totaal aantal doden sinds 2010 op 149 miljoen brengt. Die kafjes strekken zich uit over miljoenen hectares, een zee van aanmaakhout, wachtend op een vonk. De langdurige droogte in Californië valt samen met een toename van het aantal bosbranden, waaronder de kampvuur van 2018. de dodelijkste bosbrand in de geschiedenis van Californië.

Er zal een robuust overheidsbeleid en technologische innovatie nodig zijn om rampen te voorkomen, en Californië maakt van beide gebruik.

“Wij als mensen hebben momenteel toegang tot bijna goddelijke technologie”, zegt Johnson. “Laten we een gevoel van urgentie hebben en dingen proberen en een aantal van deze technologieën toepassen waar ze het meest nodig zijn.”

Aanbevelingen van de redactie

• Vergeet het internet der dingen. Dit is waar IoT echt voor staat