Kalifornia wykorzystuje Blockchain i IoT do zarządzania wykorzystaniem wód gruntowych

Kalifornia ma problem z wodą.

Państwo jest potęgą rolniczą, produkuje ponad jedną trzecią warzyw w Stanach Zjednoczonych i generuje ponad 50 miliardów dolarów rocznie, ale jego ogromna i zróżnicowana produkcja wymaga podobnie kolosalnej ilości wody.

Przez dziesięciolecia rolnicy i firmy wypompowywały wodę gruntową z warstw wodonośnych Kalifornii – przepuszczalnych warstw skał zatrzymujących wodę pod ziemią – a rezultaty były przerażające. Ponieważ warstwy wodonośne wysychają szybciej, niż jest w stanie je uzupełnić deszcz, gleba faktycznie opada, co jest zjawiskiem zwanym „osiadaniem”. W obszarach, w których budynki i drogi znajdują się nad ziemią, może to spowodować uszkodzenia.

„Kalifornia jest ogromna dla amerykańskiego rolnictwa” – powiedział Digital Trends Alex Johnson, dyrektor funduszu Freshwater Fund w Freshwater Trust. „Ale jest to w dużym stopniu zależne od wód gruntowych, a w środkowej dolinie znajduje się kilka basenów, które zostały tak wyczerpane w ciągu ostatnich lat. ostatnich kilkudziesięciu lat są one o 20 stóp niższe, ponieważ warstwy wodonośne zostały osuszone i cały grunt jest utknięcie."

Opadające warstwy wodonośne stanowią zagrożenie nie tylko dla infrastruktury naziemnej. Skały i gleba zapadają się razem, usuwając przestrzeń, w której mogła gromadzić się woda. To może być katastrofalne w skutkach, bo np według Kalifornijskiego Departamentu Zasobów Wodnych, wody podziemne stanowią średnio 38% zaopatrzenia stanu w wodę; w latach suchych liczba ta może przekroczyć 46 procent.

Jeśli Kalifornia ma zapobiec dalszemu wyczerpywaniu się warstw wodonośnych i przetrwać susze, takie jak ta, która dotknęła ją w latach 2011–2017, stan będzie musiał zarządzać zużyciem wód gruntowych. W centralnej dolinie grupa organizacji pracuje nad projektem, który może powstrzymać tę falę, łącząc dwie technologie: Internet rzeczy (IoT) i Blockchain.

Projekt zrodzony w kolebce ludzkości

Pierwszym dużym wyzwaniem było znalezienie sposobu monitorowania poziomu wód gruntowych w całym stanie. Na szczęście jest to problem, z którym mieszkańcy innych regionów świata borykają się od lat i znaleźli już rozwiązania.

„Dzisiaj robimy to głównie w Afryce Wschodniej” – mówi Evan Thomas, dyrektor generalny SweetSense, firmy, która wykorzystuje czujniki połączone z satelitą do monitorowania zaopatrzenia w wodę na obszarach wiejskich. „W rzeczywistości przez ostatnie 30 lat w Afryce Wschodniej opady były o 30 procent mniej opadów” – wyjaśnia, „więc susza występuje teraz w zasadzie co roku, a nie co dziesięć czy 20 lat, a skutki suszy są naprawdę ciężki: silny. W 2011 r. z powodu suszy w Etiopii i Kenii zginęło 250 000 osób, a skutki suszy dotknęły prawie dziesięć milionów ludzi”.

W Kenii firma SweetSense nawiązała współpracę z IBM Research i przy wsparciu Amerykańskiej Agencji Rozwoju Międzynarodowego (USAID) zbudowała system, który będzie wykorzystywał czujniki IoT do „monitorowania zużycia i zapotrzebowania wód gruntowych, korelowania tego z dostępnością wód powierzchniowych opadów atmosferycznych, a następnie także, w większości przypadków, co ważne, wykorzystaj te dane do zidentyfikowania awarii pompy wodnej, abyśmy mogli wyjechać i ją naprawić oraz zapewnić ludziom dostęp do wody cały rok."

Korzystanie z Internetu Rzeczy jest ekscytujące: oto technologia, która wiele osób kojarzy najpierw z urządzeniami kuchennymi i Aleksa głośniki, wykorzystywane do ratowania życia przed suszą. IoT, czyli internet rzeczy, odnosi się ogólnie do zdolności maszyn do wzajemnej komunikacji.

Wyobraź sobie nowoczesne, zaawansowane technologicznie mieszkanie: możesz mieć inteligentny koncentrator domu, który, gdy zegar wybije 7 rano, poinformuje Twojego smarta, głośnik, aby włączyć alarm, ekspres do kawy, aby rozpocząć parzenie, telewizor, aby włączyć i zmienić kanał na poranny Aktualności. Jeśli temperatura na zewnątrz spadnie poniżej pewnego progu, Twój inteligentny termostat podkręci ogrzewanie. Chociaż mogłeś początkowo zaprogramować te instrukcje, maszyny mogą „rozmawiać” ze sobą i wykonywać instrukcje bez konieczności mikrozarządzania nimi przez człowieka.

Co ważne, urządzenia mogą komunikować się ze sobą bez synchronizacji z szerszym Internetem, a to ma kluczowe znaczenie dla pracy SweetSense w Afryce.

„Powodem, dla którego jest to IoT, jest to, że jesteśmy całkowicie odłączeni od sieci” – wyjaśnia Thomas. „Nie ma usług komórkowych, nie ma prądu, nie ma przyłączy do mediów, więc mamy samowystarczalny, czujnik zasilany energią słoneczną podłączony do tych pomp, który może monitorować dopływ wody i łączyć go przez satelitę sieci.”

Czujniki mieszczą się w dłoni i są zasilane przez „2-watowy panel słoneczny wielkości małej książki w miękkiej oprawie”.

Udostępniony zasób wymaga udostępnionych informacji

Możliwość dokładnego pomiaru zużycia wód gruntowych to kluczowy krok, ale samo posiadanie dokładnych instrumentów nie wystarczy. Wody gruntowe są zasobem wyjątkowo skomplikowanym w zarządzaniu. Wszystko to znajduje się pod ziemią, poza zasięgiem wzroku, a ponieważ ma to ogromne znaczenie dla różnych gałęzi przemysłu, każdy chce napić się wody z fontanny.

„Uważam, że nieodłączną trudnością w zarządzaniu wodą i zasobami naturalnymi jest śledzenie, kto co robi i śledzenie tego w czasie” – mówi Johnson. „Pomiędzy użytkownikami, szczególnie między użytkownikami a rządem lub lokalnymi agencjami zarządzającymi, nie ma zbyt dużego zaufania do innych podmiotów chcących mieć te same zasoby”.

Doskonałym przykładem jest wykorzystanie wód gruntowych tragedia wspólnego pastwiska, pomysł, zgodnie z którym jednostki, mając współdzielony zasób, zdecydują się zmaksymalizować własne wykorzystanie jego wykorzystania, pomimo faktu, że jeśli wszyscy tak postąpią, może to wyczerpać zasoby i doprowadzić do zagłady Grupa.

Zarządzanie wspólnym zasobem, takim jak woda, do którego ludzie czują się naturalnie uprawnieni, wymaga nie tylko przetrwania grupy, ale także tego, aby każdy racjonował jej użycie. Wymaga zaufania. Każdy chce wiedzieć, że wszyscy inni grają według tych samych zasad.

„Woda jest wspólnym zasobem” – mówi Nathan Wangusi, kierownik techniczny ds. wody w IBM Research Africa – „co oznacza, że ​​jeśli będziemy wydobywać z tej samej warstwy wodonośnej musimy mieć warunki dotyczące tego, ile i w jakim tempie wydobywamy… zatem koncepcja konsensusu jest bardzo ważny."

Podejście rynkowe

Wangusi i jego zespół pracują w Kenii, w regionie, który opisuje jako „słabo zaludniony” i „w dużej mierze pasterski… w dużym stopniu zależny od wód gruntowych.” To także region, w którym trudno wdrożyć wiele technologii rozwiązania. Wangusi i jego zespół postanowili skoncentrować się na monetyzacji praw do wody.

„Myślisz o wszelkich innych zasobach naturalnych, takich jak minerały, ziemia, dostęp do możliwości zanieczyszczania” – wyjaśnia Wangusi. „Dostajesz te prawa poprzez zezwolenie… jeśli posiadasz kredyt węglowy, otrzymujesz pozwolenie na emisję określonej ilości dwutlenku węgla do komina środowisko."

Podobnie, jeśli jesteś właścicielem ziemi, możesz uprawiać rośliny i mieć prawo je sprzedawać. Jeśli posiadasz kopalnię, możesz wydobywać z niej minerały i sprzedawać je. Wody gruntowe są jednak trudniejsze.

„To, co odróżnia prawa do wody, bardziej niż inne prawa do zasobów naturalnych, polega na tym, że nie można bezpośrednio przekształcić praw do wody… w instrument komercyjny”.

Wangusi i jego zespół zdecydowali się na pomysł wykorzystania wód gruntowych. Kredyt daje właścicielowi prawo do wydobycia określonej ilości wody z gruntu, nawet jeśli właściciel nie chce sami skorzystają z tego prawa, mogą „zamienić je w instrumenty komercyjne, którymi można handlować na otwartej przestrzeni”. rynek."

Rynki opierają się jednak na zaufaniu. Zainteresowane osoby muszą mieć pewność, że kupowany przez nich produkt – w tym przypadku prawo do pozyskiwania wód gruntowych – jest ważne i muszą mieć pewność, że nikt inny nie oszukuje systemu. Dlaczego rolnik miałby ograniczać się tylko do wody, na którą może sobie pozwolić, aby kupić pozwolenie, jeśli podejrzewa, że ​​jego sąsiad pompuje wodę bezmyślnie? Każdy musi mieć dostęp do tych informacji i wiedzieć, że są one godne zaufania.

System, któremu każdy może zaufać

„Technologia zaprojektowana w celu wspierania konsensusu i zdemokratyzowanego dostępu do informacji” – mówi Wangusi – „jest z definicji Blockchain, ponieważ masz pomysł na niezmienną księgę, a potem masz pomysł na inteligentny kontrakt, który może przenosić transakcje w ramach tego Blockchain sieć."

Blockchain to technologia która leży u podstaw kryptowalut takich jak Bitcoin, ale ma duży potencjał dla innych zastosowań. Mówiąc prościej, Blockchain to zdecentralizowana księga, współdzielona przez każdego, kto chce do niej uzyskać dostęp.

Kiedy dowolna liczba stron dokonuje transakcji lub innej transakcji (powiedzmy rejestrując „inteligentną umowę”) w Blockchain, pozostałe strony w sieci weryfikują ją i zabezpieczają jej miejsce w rejestrze. Informacje są dostępne dla wszystkich użytkowników i nikt nie może ich później zmieniać, ponieważ dane muszą zgadzać się z kopiami, które mają wszyscy inni.

Czujniki SweetSense mogą dokładnie śledzić ilość wody gruntowej pobieranej z dowolnej pompy w systemie systemu i przekazywać te informacje do łańcucha bloków IBM za pośrednictwem satelitów, dzięki czemu dane przepływają nawet zdalnie obszary. W Blockchain użytkownicy mogą kupować i sprzedawać swoje kredyty wodne, a nawet rejestrować inteligentne kontrakty, aby automatycznie kupować lub sprzedawaj, kiedy cena jest odpowiednia, i każdy może zobaczyć, które pompy działają, a które nie, gdzie pompowana jest woda i tak dalej NA.

Od Kenii po Kalifornię

System opracowany w Afryce jest dobrodziejstwem dla tamtejszych społeczności pasterskich zależnych od wód gruntowych. Według Freshwater Trust ma to również duży potencjał dla Kalifornii. Chociaż ludzie nie od razu kojarzą Kenię i Kalifornię, oba regiony opierają się na rolnictwie i obydwa są uzależnione od wód gruntowych.

Thomas współpracował w przeszłości z fundacją Freshwater Trust i dostrzegł szansę na współpracę.

„Ponieważ TFT próbowało dowiedzieć się, jak pomóc rolnikom w faktycznym monitorowaniu wody i jak pomóc rolnikom w przestrzeganiu Wytycznych w sprawie zrównoważonego rozwoju wód gruntowych Działajcie” – mówi Thomas – „i co najważniejsze, jak im pomóc w sposób, który złagodzi ból związany z nowymi regulacjami i stworzy zachęty rynkowe dla uczestnicząc.”

Twórców projektu podekscytowała perspektywa tego, co nazywają „technologią odwrotną”. transferu” systemu opracowanego w krajach rozwijających się, który ma pomóc Kalifornii, sercu świata świat technologii.

„Myślę, że w amerykańskiej kulturze łatwo jest czuć się najlepszym” – mówi Johnson. „Ponieważ nam to powiedziano lub często sobie to powtarzaliśmy. Jest wiele miejsc, w których powstają innowacje i myślę, że tempo rozwoju technologii zdemokratyzowało się tam, skąd pochodzą niektóre z tych naprawdę interesujących osiągnięć technologicznych.

Biorąc pod uwagę centralną rolę Kalifornii w branży technologicznej, jest w tym trochę ironii, wielki eksporter innowacji czerpiący z technologii z odległego kraju.

„Kalifornia jest dość zaawansowana technologicznie w bardzo specyficznym sensie” – mówi Johnson – „i generalnie nie dotyczy to rolnictwa. Myślę więc, że prawdopodobnie istnieje wiele obszarów, w których świat rozwijający się posiada nauki i innowacje, które mogą tego nauczyć świat rozwinięty”.

System IoT/Blockchain oferuje przejrzysty i przejrzysty sposób regulowania wykorzystania wód gruntowych nieprzekupny, co jest pomocne, biorąc pod uwagę, że rolnicy, czy to w Kenii, czy w Kalifornii, mogą obawiać się rządu mandaty.

„Jeśli uda nam się stworzyć system, który będzie wiarygodny, niezmienny i pokaże, że ogólnie rzecz biorąc, zasoby te są wykorzystywane miesiąc po miesiącu, rok po roku zarządzany w sposób zrównoważony, ale zapewnia użytkownikom prywatność i bezpieczeństwo, których potrzebują, aby faktycznie korzystać z tego systemu” – mówi Johnson, „teraz jesteśmy rozmawiając."

„Przepisy prawne wymuszą popyt na tego typu nowe typy systemów” – dodaje i tak dalej organizacje takie jak Freshwater Trust próbują „rozgryźć sprawę, zanim wszyscy się odwrócą o ścianę …"

Ziemia wysycha

Być może plecy ludzkości nie są jeszcze dociśnięte do ściany, ale czujemy, że się ona zbliża.

„Nie mamy wody dostępnej przez cały rok, naprawdę nigdzie na świecie, i zaczyna to być kryzys” – mówi Thomas. „Susza pogłębia ten problem, popyt pogłębia ten problem i musimy upewnić się, że woda jest dostępna tam, gdzie jest potrzebna i kiedy jest potrzebna. I nie będziemy mogli tego zrobić w stary sposób” – dodaje. „Nie zamierzamy ponownie budować nowych tam ani kraść całej wody z gór. Musimy być w stanie zarządzać wodą tam, gdzie ona się znajduje.”

Susza szkodzi nie tylko rolnictwu. Niedawne oświadczenie Służby Leśnej USDA stwierdza, że Od 2017 r. w Kalifornii zginęło 18 milionów drzew, co oznacza, że ​​łączna liczba martwych drzew od 2010 r. wyniosła 149 milionów. Te łupiny rozciągają się na milionach akrów, morze podpałki czeka na iskrę. Przedłużająca się susza w Kalifornii zbiegła się w czasie ze wzrostem liczby pożarów, w tym z Camp Fire w 2018 r., najbardziej śmiercionośny pożar w historii Kalifornii.

Zapobiegnięcie katastrofie będzie wymagało solidnej polityki publicznej i innowacji technologicznych, a Kalifornia wykorzystuje jedno i drugie.

„My, ludzie, mamy obecnie dostęp do technologii niemal boskiej” – mówi Johnson. „Miejmy poczucie pilności, spróbujmy różnych rozwiązań i zastosujmy niektóre z tych technologii tam, gdzie są najbardziej potrzebne”.

Zalecenia redaktorów

• Zapomnij o Internecie rzeczy. Oto, co naprawdę oznacza IoT