Na wyschniętym jak kość zachodnim zboczu Arizony, gdzie dorzecze rzeki Kolorado styka się z pustynią Mojave, usiądź 11,000 XNUMX akrów lucerny, sorgo, pszenicy i trawy sudańskiej należących do plemion Indian rzeki Kolorado (CRIT), wszystkie przeznaczone do zbioru i sprzedawany na paszę dla zwierząt. Aby cokolwiek tu rosło, konieczne jest nawadnianie. Według Josha Moore'a, który zarządza farmą w imieniu swojego plemienia, w tym roku spadło mniej niż ćwierć cala deszczu.
„Rezerwacja jest założona w dość przestarzałym systemie nawadniania powodziowego” – mówi Moore. Sieć kanałów zbudowana w XIX wieku dostarcza wodę z rzeki Kolorado, systemu, który wydawał się lepszym pomysłem, zanim dział wodny wszedł w uporczywy i coraz bardziej dotkliwy stan suszy. Chociaż kanały dostarczają wystarczająco dużo wody, aby na razie zaspokoić potrzeby rolnicze CRIT, plemiona planują cieplejszą i bardziej suchą przyszłość. W tym sezonie można zobaczyć czarne plastikowe rurki wijące się w setkach rzędów sorgo: eksperyment z nawadnianiem mikrokroplowym, który może radykalnie zmniejszyć wycofanie farmy z przeciążonego zlewni.
Na całym świecie większość upraw zależy tylko od deszczu, ale tam, gdzie opady nie są wystarczające, jesteśmy zmuszeni do nawadniania. Pomimo wszystkich innowacji, które pojawiły się w rolnictwie w ostatnich latach, od Traktory sterowane GPS w przypadku genetycznie modyfikowanych sadzonek, 85% całego nawadniania jest nadal wykonywanych przez uwalnianie ogromnych ilości wody na powierzchni pola, mniej więcej w taki sam sposób, w jaki robiono to 4,000 lat temu w Mezopotamii.
Nawadnianie powodziowe zostało wstrzymane, ponieważ jest tanie, ale z perspektywy zasobów naturalnych jest oszałamiająco kosztowne. Aż 70% wody marnuje się, a nadmiernie podlewane rośliny mogą nie osiągnąć pełnego potencjału. Nadmiar nawozu jest odprowadzany przez spływy, zanieczyszczając strumienie, tereny podmokłe i jeziora.
Nawadnianie mikrokroplowe miało to wszystko rozwiązać. W latach trzydziestych młody inżynier Simcha Blass zauważył drzewo, które urosło znacznie wyższe niż inne w tym samym rzędzie; kiedy przyjrzał się bliżej, stwierdził, że jego korzenie były karmione przez niewielki wyciek z pobliskiej rury irygacyjnej. Wiele lat później Izraelczycy wykorzystali tę koncepcję do stworzenia plastikowego systemu nawadniania kroplowego, który był sprzedawany pod marką Netafim. Pozostaje światowym liderem w swojej branży.
Obecnie istnieją setki firm zajmujących się nawadnianiem kropelkowym, ale technologia jest stosowana na mniej niż 5% nawadnianych akrów na całym świecie, zwykle w przypadku upraw wielkokwiatowych, takich jak migdały, winogrona i pomidory. Czynnikiem ograniczającym jest koszt. Ponieważ systemy są obecnie projektowane, przepychanie wody przez setki stóp rur wymaga dużej siły, którą rolnicy dostarczają za pomocą pomp; elektryczne, jeśli mają moc na swoich polach, lub wersje z silnikami wysokoprężnymi emitującymi węgiel, jeśli nie mają. Linie kroplownika są również podatne na zatykanie przez cząsteczki mułu lub glony znajdujące się w naturalnej wodzie, dlatego należy je filtrować, co stanowi kolejny koszt. Cała konfiguracja wynosi co najmniej 2,000 USD za akr plus rachunki za energię. W przypadku upraw o niższej wartości, takich jak bawełna lub lucerna, nawadnianie kropelkowe po prostu się nie opłaca.
Instalacja mikrokroplówki używana przez CRIT Farms kosztuje jednak mniej niż 400 USD za akr, a wymagane ciśnienie jest dostarczane całkowicie grawitacyjnie, co ma tę zaletę, że jest bezpłatne i neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla. Dla zwykłego obserwatora system nie wygląda zbytnio. Ale dla Moore'a pomysł nawadniania kropelkowego upraw na paszę dla zwierząt jest niczym innym, jak rewolucyjnym. Zakładając oczywiście, że to faktycznie działa.
„Kiedy studnia wysycha, znamy wartość wody”, napisał Benjamin Franklin w wydaniu z 1746 r Biedny Richard's Almanack. Nie wiedział nawet połowy. Dzisiejsza globalna populacja jest 10 razy większa niż wtedy, a źródła słodkiej wody kurczą się. Zdecydowanie największym wieprzkiem wodnym jest rolnictwo, które stanowi prawie trzy czwarte globalnego wykorzystania.
Wszędzie wokół nas widać oznaki niedoboru wody, które z każdym rokiem stają się coraz bardziej niepokojące. W sierpniu po raz pierwszy w historii rzeka Kolorado została ogłoszona przez rząd USA za stan niedoboru, powodując cięcia w dostawach dla niektórych z 40 milionów ludzi, którzy są od niego uzależnieni. Pięć milionów z nich otrzymuje wodę dzięki uprzejmości Projektu Środkowa Arizona (CAP), użyteczności publicznej, która dostarcza wodę rzeczną kanałem z zachodnich krańców Arizony do 80% populacji stanu.
Chuck Cullom, kierownik ds. programów rzeki Kolorado w CAP, spędził ostatnią dekadę na badaniu możliwości zwiększenia dostaw wody w Arizonie, w tym technologii oczyszczania ścieków i gadżetów, które pomagają klientom miejskim ograniczyć ich zużycie. W 2019 roku na konferencji w Tel Awiwie Cullom spotkał się z dyrektorem izraelskiego start-upu nawadniającego o nazwie N-kroplówka, który opracowywał system, który obiecywał drastyczne oszczędności wody bez wygórowanych kosztów. „Byłem bardzo sceptyczny” — mówi Cullom. „Brzmiało to jak rozwiązanie jednorożca”.
Ale rolnictwo odpowiada za zdecydowaną większość zużycia słodkiej wody w Arizonie, więc Cullom był gotów spróbować N-Drip. W 2020 r. WPR dostarczyła system do CRIT Farms do użytku na 40 akrach sorgo. Odkryli, że zmniejszyło to zużycie wody o połowę, jednocześnie nieznacznie poprawiając jakość upraw: wynik oszałamiający, choć na bardzo małą skalę. W tym roku WPR rozszerzyła program pilotażowy na około 200 akrów sorgo i bawełny w Arizonie i, jeśli wszystko pójdzie dobrze, ma nadzieję wdrożyć system regionalnie do 2023 r., nadal pokrywając koszty sprzętu dla rolników, którzy go instalują.
N-Drip jest pomysłem Uri Shani, profesora fizyki gleby na Uniwersytecie Hebrajskim w Jerozolimie i byłego przewodniczącego izraelskich władz wodnych. Siedem lat temu postanowił opracować system nawadniania mikrokroplowego, który byłby wystarczająco tani, aby miał sens nie tylko w przypadku sałaty i jagód, ale także upraw towarowych, takich jak soja i kukurydza, które stanowią większość światowej produkcji rolnej.
„Moją pierwszą reakcją było oczywiście to, że zmieniłoby to świat, ale to nigdy nie zadziała”
Shani ma 72 lata, krótkie, słono-pieprzowe włosy, okulary w drucianych oprawkach i dobroduszne maniery. Urodził się w 1950 r. w kibucu, w którym panował niepokój właściwy życiu w suchym kraju, oddanym rolniczym samowystarczalności. „Mój ojciec był inżynierem, który pracował głównie na wodzie. Dorastałem myśląc o wodzie i rozwiązaniach wodnych przez całe życie” – mówi Shani, przemawiając przez Zoom z biura N-Drip w Tel Awiwie.
Po odbyciu służby wojskowej w elitarnej jednostce komandosów, Shani poszedł na Uniwersytet Hebrajski, wybitną izraelską instytucję badawczą, i uzyskał tytuł magistra fizyki gleby. Za jego doktorat pracy, przeniósł się do kibucu Yotvata, na pustyni na dalekim południu Izraela. Obszar ten co roku pada mniej niż cal, a do celów nawadniania występują jedynie słonawe wody gruntowe: zewnętrzne granice rolnictwa. Rozpoczął tam jako doktorant, a następnie zarządzał kibucem.
Shani później została profesorem, aw 2006 została wybrana na pierwszego szefa nowo utworzonej izraelskiej władzy wodnej. Rola była złożona i obejmowała inżynierię, zarządzanie, politykę i ekonomię, i podjął ją z krajem doświadczającym najgorszej w historii suszy. Shani z turbodoładowaniem zainwestowała w recykling i odsalanie wody. Aby za to zapłacić, znacznie – i kontrowersyjnie – podniósł cenę wody.
„Powodem, dla którego jest tak wiele problemów z wodą na całym świecie, jest to, że bardzo niewiele krajów jest gotowych pobierać od konsumentów rzeczywistą cenę”, mówi Seth Siegel, dyrektor ds. zrównoważonego rozwoju w N-Drip i autor bestsellera „New York Timesa” z 2015 roku. Niech stanie się woda, który opowiada o awansie Izraela na pozycję lidera w dziedzinie ochrony wód i technologii. W 2012 roku Shani opuściła biuro w Izraelu z nadwyżką wody słodkiej. „To, co udało mu się osiągnąć, było niezwykłe”.
Po raz kolejny prywatna obywatelka, Shani zaczęła rozmyślać o rosnącym zagrożeniu niedoborem wody na całym świecie. Ponad jedna czwarta światowej populacji mieszka w krajach ubogich w wodę, a ONZ szacuje, że niedobór wody może do końca dekady wysiedlić 700 milionów ludzi. Uznał, że najbardziej znaczącym wkładem, jaki mógłby wnieść, byłaby pomoc w wejściu do głównego nurtu nawadniania kropelkowego. Oznaczało to wynalezienie systemu, który działałby bez filtrów i pomp.
Aby zrozumieć wyzwanie Shani, musisz najpierw zrozumieć, co dzieje się w tych skromnych, czarnych plastikowych liniach kroplówki. Wzdłuż każdego z nich znajduje się seria otworów, a wewnątrz każdego z nich przymocowany jest plastikowy widżet wielkości Tic Taca, zwany emiterem. Woda przepływa przez niezwykle wąski, przypominający labirynt kanał wewnątrz emitera, regulowany tak, aby wypływała w odmierzonych kroplach. Opór wytwarzany przez te emitery jest powodem tak dużego ciśnienia, aby przenieść wodę z jednego końca pola na drugi w tradycyjnym systemie.
Shani wymyśliła nowy rodzaj emitera, który stawiał tak mały opór, że ciśnienie wody zapewniane przez samą grawitację – narastające podczas zejścia z kanału irygacyjnego na pole poniżej – wystarczyłoby do napędzania całej wody. w dół setek stóp rur i w głąb ziemi. Najpierw eksperymentował z tkaniem plastikowych i metalowych włókien w różne trójwymiarowe struktury kratowe. Ale pewnego dnia podczas wędrówki, mówi, przełom nastąpił: zamiast zygzakowatego kanału, jego emiter składałby się z pręta zawieszonego w cylindrze, z wodą przepływającą przez uformowany między nimi kształt rury. W przeciwieństwie do tradycyjnego emitera, teraz żadna pojedyncza cząstka gruzu nie jest w stanie zablokować przepływu wody. – Bum – mówi Shani. „Byłem całkowicie przekonany, że to zadziała. Potem opracowaliśmy całą matematykę”.
Kiedy dopracował koncepcję, Shani musiała ją skomercjalizować. Skontaktował się z Eranem Pollakiem, byłym urzędnikiem ministerstwa finansów, z którym ściśle współpracował jako prezes ds. gospodarki wodnej, i powiedział Pollakowi, że wynalazł nawadnianie kroplowe, które wykorzystywało wyłącznie grawitację. Pollak był sceptyczny. On też dorastał w kibucu i wiedział o nawadnianiu; nie było czegoś takiego jak kroplówka z zerowym ciśnieniem.
„Moją pierwszą reakcją było oczywiście to, że zmieniłoby to świat, ale to nigdy nie zadziała” – opowiada Pollak. Poznał Shani w siedzibie N-Dripa, która w tamtym czasie była małym biurem w centrum handlowym na przedmieściach Tel Awiwu. Shani zaprowadziła go do szopy z tyłu. „To było 20 metrów rury, ręcznie sklejonej, kapiącej na ziemię z małego plastikowego kosza na śmieci” – mówi Pollak. „Było to na najbardziej elementarnym etapie, jaki można sobie wyobrazić, ale w tym momencie zrozumiałem, że to może zadziałać”. Pollak zapisał się na stanowisko dyrektora generalnego.
N-Drip zainstalował swoją pierwszą oficjalną próbę terenową pod koniec 2017 roku na pięciu akrach trzciny cukrowej w Eswatini (dawniej Suazi), czerpiąc wodę bezpośrednio z rzeki. Odkryli, że system nie tylko działał i zużywał mniej wody, ale także zwiększył plony o 30%. Mając zachęcające wyniki, N-Drip przeszedł do większych badań w Australii i Stanach Zjednoczonych, a od tego czasu rozszerzył się na 17 krajów, od Wietnamu po Nigerię. Jeśli wizja Shani się sprawdzi, N-Drip ma szansę zmodernizować kolejne miliony gospodarstw i zmienić zużycie słodkiej wody na całym świecie.
Do tej pory N-Drip zebrał fundusze w wysokości 25 milionów dolarów, a jego system jest używany przez setki rolników z upraw o powierzchni 4,000 akrów, od bawełny, przez ziemniaki po soję. Ale Shani ma przed sobą długą drogę, jeśli zamierza przekształcić 600 milionów akrów nawadnianych przez powódź na Ziemi, a droga od szopy ogrodowej do globalnego rozwiązania irygacyjnego będzie miała mnóstwo przeszkód.
Ponieważ N-Drip nie stosuje filtracji, większość dotychczasowych czkawek dotyczyła wszystkich nieoczekiwanych rzeczy, które można znaleźć w wodzie na farmie. Na początku jednej próby hodowca z Kalifornii w panice skontaktował się z N-Drip, aby powiedzieć, że jego system przestał działać. Kiedy przybyła Shani, znalazł rybę wielkości jego palca wskazującego, zatykającą jedną z rur. Coś podobnego zrobiła kępa zielonych alg na farmie w Kazachstanie. Teraz zbiorniki na wodę N-Drip są wyposażone w siatkę, aby uchwycić wszelkiego rodzaju życie roślinne i zwierzęce.
W palącym słońcu Arizony, w regionie o szczególnie bogatej w minerały wodzie, przewody kroplownika nagrzały się tak bardzo, że wytrącił się węglan wapnia, pokrywając emitery kamieniem jak wnętrze brytyjskiego czajnika. To skłoniło firmę N-Drip do opracowania protokołów zakopywania linii w cienkiej warstwie gleby, aby utrzymać je w chłodzie, oraz stosowania zmiękczaczy na twardej wodzie.
David Midmore, emerytowany profesor nauk o roślinach w Australii Central Queensland University i ekspert w dziedzinie nawadniania mikrokroplowego twierdzi, że jeśli N-Drip rzeczywiście planuje dotrzeć do 500 milionów drobnych rolników na świecie, a nie tylko dużych, wyrafinowanych hodowców, sukces zależy nie tylko od zaprojektowania odpowiedniej technologii, ale także od znacznych inwestycji w edukację i wsparcie. „Bardzo ważne jest, aby hodowcy zostali nauczeni prawidłowych sposobów nawadniania kropelkowego, prostego pomiaru ilości wody w glebie oraz tego, jak nie nawadniać zbyt mocno lub zbyt słabo” – mówi. „To nie tylko szkolenie, ale także kontynuacja”.
N-Drip podkreśla, że małe gospodarstwa rolne są kluczową częścią jej misji. „Jeżeli bogaty rolnik w Australii zwiększy plony o 47%, to świetnie, wskocz do szampana i wybierz się w tym roku na bardziej wyszukane wakacje”, mówi Siegel, dyrektor ds. zrównoważonego rozwoju firmy. „Ale jeśli rolnik produkujący na własne potrzeby zwiększa plony i ma więcej jedzenia do jedzenia i więcej jedzenia do sprzedania, zmienia to tę rodzinę i tę społeczność”.
W tym celu, gdy pandemia Covid-19 rozwinęła się w 2020 r., Wstrzymując lukratywne projekty w Stanach Zjednoczonych i Australii, N-Drip przestawił się na produkcję 1-akrowego zestawu przeznaczonego dla tych użytkowników. Ten zestaw do majsterkowania jest dostarczany z linkiem do filmu na YouTube i prostymi rysunkami liniowymi w stylu Ikei, które poprowadzą rolnika przez instalację.
Firma N-Drip opracowała również zastrzeżony czujnik gleby, zwany Połączenie N-Drip, który monitoruje warunki roślinne i glebowe oraz wysyła rolnikom wskazówki w czasie rzeczywistym za pośrednictwem aplikacji na smartfony, kiedy należy nawadniać i nawozić. Czujnik przekazuje również informację zwrotną zespołowi agronomicznemu firmy, dzięki czemu może mieć oko na warunki na polu.
Kolejnym wyzwaniem dla N-Drip będzie nadal charakter ekonomiczny. System można zainstalować za ułamek kosztów konwencjonalnego ciśnieniowego systemu kroplowego, bez żadnych bieżących kosztów energii, ale woda jest bezpłatna lub mocno dotowana dla większości rolników na całym świecie. Chociaż niektórzy, tacy jak australijscy hodowcy bawełny, mogą być skłonni zainwestować w pilną ochronę szybko kurczących się zasobów, wielu drobnych rolników na świecie nie byłoby w stanie pokryć nawet niewielkich dodatkowych wydatków.
„Rynek drobnych właścicieli to ogromny rynek, który może najbardziej skorzystać z naszego systemu, ale bardzo trudno jest robić z nim interesy, jeśli nie ma się dużego i dobrze ugruntowanego partnera”, przyznaje Pollak. N-Drip przewiduje dostarczanie swojego systemu tym rolnikom głównie za pośrednictwem organizacji non-profit, agencji rządowych i dużych korporacji, które spełniają zobowiązania dotyczące zrównoważonego rozwoju. Jej dyrektorzy twierdzą, że szanse w najbliższej przyszłości można zmierzyć w setkach tysięcy akrów ziemi rolnej.
Wczesnym przykładem tego rodzaju partnerstwa jest z PepsiCo Inc., która zawiera umowy bezpośrednio z 40,000 15 rolników na składniki takie jak kukurydza, owies i ziemniaki, i wyznaczyła sobie cel poprawy efektywności wykorzystania wody w rolnictwie o 2025% do 50 roku. PepsiCo pilotował technologię N-Drip z kilkoma rolnikami w Indiach, Wietnam i Stany Zjednoczone odnotowały lepsze plony przy mniejszym nawożeniu i XNUMX% mniejszym zużyciu wody w porównaniu z nawadnianiem powodziowym.
Peter Gleick, emerytowany prezydent i współzałożyciel Instytut Pacyfiku, instytut badawczy non-profit zajmujący się problematyką wody słodkiej, podkreśla, że jeśli chodzi o przyszłość nawadniania, niezwykle ważne jest, abyśmy nie tracili z oczu całościowego obrazu. Przekształcenie pól bawełny lub lucerny w nawadnianie kropelkowe to krok we właściwym kierunku, ale pojawia się większe pytanie: czy naprawdę powinniśmy uprawiać te rośliny w suchym klimacie? „Musimy przeprowadzić prawdziwą rozmowę o tym, co ma sens, aby rosnąć na ubogim w wodę Zachodzie, a także porozmawiać o tym, co zdecydujemy się uprawiać bardziej efektywnie i ostrożnie” – mówi. „Ta technologia może pomóc w drugim pytaniu, ale nie pomoże w pierwszym, bardziej politycznym”.
Gleick zauważa, że co innego zasadniczo sprzeciwiać się wykorzystywaniu cennej wody pitnej do uprawy roślin na paszę dla zwierząt, a co innego mówić rolnikom, że powinni zaprzestać uprawy. Po powrocie do CRIT Farms Moore mówi, że cieszy się, że może przyczynić się do badań, które uważa za istotne dla przyszłości rolnictwa w regionie. W przyszłym roku planuje wykorzystać system N-Drip na dodatkowej powierzchni. Chociaż w rezerwacie plemion nie zmniejszono limitu wody, Moore wie, że pewnego dnia braki dla wszystkich. „Musimy zacząć żyć tak, jakbyśmy byli dotknięci tymi odcięciami, aby dać nam trochę czasu”, mówi. „Aby przetrwać jako ludzie i jako firma, musimy przyjrzeć się takim technologiom”.