På den beintørre vestlige flanken i Arizona, hvor Colorado River Basin møter Mojave-ørkenen, sitter 11,000 dekar alfalfa, sorghum, hvete og Sudan-gress som tilhører Colorado River Indian Tribes (CRIT), som alle skal høstes og selges til dyrefôr. For at alt skal vokse her, er vanning et must. Mindre enn en centimeter med regn har falt så langt i år, ifølge Josh Moore, som administrerer gården på vegne av sin stamme.
"Reservasjonen er satt opp på et ganske utdatert flomvanningssystem," sier Moore. Et kanalnettverk som ble bygget på 19 -tallet leverer vann fra elven Colorado, et system som virket som en bedre idé før vannskillet gikk inn i en vedvarende og stadig mer alvorlig tilstand av tørke. Selv om kanalene leverer nok vann til å dekke CRITs jordbruksbehov foreløpig, planlegger stammene en varmere og tørrere fremtid. Denne sesongen kan du se svart plastrør snake ned hundrevis av rader med sorghum: et eksperiment med mikrodråpe -vanning som radikalt kan redusere gårdens uttak fra et overskattet vannskille.
Rundt om i verden er de fleste avlingene avhengig av regn alene for vannet, men på steder der nedbøren ikke er tilstrekkelig, er vi tvunget til å vanne. Til tross for all innovasjonen som har gjort vei inn i landbruket de siste årene, fra GPS-guidede traktorer 85% av all vanning gjøres fortsatt til genetisk manipulerte frø ved å slippe store mengder vann ut på overflaten av et felt, omtrent på samme måte som det ble håndtert for 4,000 år siden i Mesopotamia.
Flomvanning har hengt på fordi det er kontant-billig, men fra et naturressursperspektiv er det svimlende dyrt. Så mye som 70% av vannet går til spill, og overvannede avlinger kan ikke nå sitt fulle potensial. Overflødig gjødsel bæres bort av avrenningen, forurensende bekker, våtmarker og innsjøer.
Microdrip vanning skulle løse alt det. På 1930 -tallet la en ung ingeniør ved navn Simcha Blass merke til et tre som hadde vokst mye høyere enn de andre på samme rad; da han så nærmere, fant han ut at røttene ble matet av en liten lekkasje fra et vanningsrør i nærheten. År senere brukte israeleren konseptet til å lage et dryppvanningssystem av plast som ble solgt under merkenavnet Netafim. Det er fortsatt den globale lederen i sin sektor.
I dag er det hundrevis av dryppvanningsselskaper, men teknologien brukes på mindre enn 5% av vannet dekar globalt, vanligvis til store billettavlinger som mandler, vindruer og tomater. Den begrensende faktoren er kostnadene. Som systemene for tiden er designet, krever det mye kraft å presse vann gjennom hundrevis av meter rør, som bønder forsyner med pumper; elektriske hvis de har kraft i feltene sine, karbon-rapende dieselversjoner hvis de ikke har det. Dryppelinjene er også utsatt for å bli tilstoppet av siltpartikler eller alger som finnes i naturlig vann, så det må filtreres, noe som gir en ekstra kostnad. Hele oppsettet utgjør minst $ 2,000 dekar, pluss energiregninger. For avlinger med lavere verdi som bomull eller alfalfa lønner det seg bare ikke drypp vanning.
Microdrip-oppsettet som brukes av CRIT Farms, koster imidlertid mindre enn $ 400 dekar å installere, og det nødvendige trykket leveres helt av tyngdekraften, som har fordelen av å være fri og karbonnøytral. For den tilfeldige observatøren ser systemet ikke ut som mye. Men for Moore er ideen om dryppvanning av avlinger til dyrefôr intet mindre enn revolusjonerende. Forutsetter selvfølgelig at det faktisk fungerer.
"Når brønnen er tørr, vet vi verdien av vann," skrev Benjamin Franklin i en 1746 -utgave av Stakkars Richard's Almanack. Han visste ikke halvparten av det. Dagens globale befolkning er 10 ganger det den var da, og ferskvannskilder er i tilbakegang. Det desidert største vannsvinet er jordbruk, som står for nesten tre fjerdedeler av global bruk.
Tegn på vannmangel er rundt oss og vokser mer alarmerende for hvert år som går. I august, for første gang i historien, ble Colorado River erklært av den amerikanske regjeringen for å være i en tilstand av mangel, utløser kutt i tilbudet til noen av de 40 millioner menneskene som er avhengige av det. Fem millioner av dem får sitt vann fra Central Arizona Project (CAP), et offentlig verktøy som leverer elvevann via kanalen fra den vestlige kanten av Arizona til 80% av statens befolkning.
Chuck Cullom, Colorado River programmer manager ved CAP, har brukt det siste tiåret på å utforske alternativer for å øke Arizona vannforsyning, inkludert avløpsvannbehandlingsteknologi og gadgets som hjelper bykunder å dempe bruken. I 2019, på en konferanse i Tel Aviv, møtte Cullom en leder fra en israelsk vanningoppstart som ble kalt N-drypp, som utviklet et system som lovet drastiske vannbesparelser uten de uoverkommelige kostnadene. "Jeg var superskeptisk," sier Cullom. "Det hørtes ut som en enhjørningsløsning."
Men jordbruket står for det store flertallet av Arizona ferskvannsbruk, så Cullom var villig til å prøve N-Drip. I 2020 leverte CAP systemet til CRIT Farms for bruk på 40 dekar sorghum. De fant ut at det kuttet vannbruken i to, samtidig som kvaliteten på avlingene ble litt bedre: et svimlende resultat, om enn i veldig liten skala. I år utvidet CAP piloten til omtrent 200 dekar sorghum og bomull over Arizona, og hvis alt går bra, håper den å distribuere systemet regionalt innen 2023 og fortsette å dekke kostnadene for utstyret for bønder som installerer det.
N-Drip er hjernebarnet til Uri Shani, professor i jordfysikk ved hebraiske universitetet i Jerusalem og en tidligere styreleder i Israels vannmyndighet. Han bestemte seg for syv år siden for å lage et mikrodråpevanningssystem som er billig nok til å gi mening ikke bare for salat og bær, men også for råvarer som soya og mais, som utgjør hoveddelen av verdens jordbruksproduksjon.
"Min første reaksjon var, selvfølgelig ville dette forandre verden, men det vil aldri fungere"
Shani er 72 år gammel, med kort salt-og-pepper hår, glass med glass og en avuncular måte. Han ble født i 1950, på en kibbutz som hadde en angst som var særegen for livet i et tørt land som var forpliktet til selvforsyning i landbruket. “Min far var en ingeniør som hovedsakelig jobbet med vann. Jeg vokste opp med å tenke på vann og vannløsninger hele livet, sier Shani og snakker av Zoom fra N-Drips kontor i Tel Aviv.
Etter å ha fullført sin militærtjeneste med en elite -kommandoenhet, gikk Shani videre til Hebrew University, Israels fremste forskningsinstitusjon, og tok en mastergrad i jordfysikk. For sin doktorgrad arbeid, flyttet han til Kibbutz Yotvata, i ørkenen i Israels ytterste sør. Området får mindre enn en tomme regn hvert år og har bare brakett grunnvann for vanning: de ytre grensene for jordbruk. Han begynte der som en gradstudent og endte med å administrere kibbutz.
Shani ble senere professor, og ble i 2006 utnyttet til å bli den første sjefen for den nyopprettede israelske vannmyndigheten. Rollen var kompleks og spenner over ingeniørfag, ledelse, politikk og økonomi, og han tok på seg det med landet som opplevde sin verste tørke noensinne. Shani turboladet investering i resirkulering og avsalting av vann. For å betale for det, hevet han betydelig - og kontroversielt - prisen på vann.
"Rundt om i verden er grunnen til at det er så mange vannproblemer svært få land som er forberedt på å belaste forbrukerne den reelle prisen," sier Seth Siegel, N-Drips bærekraftsjef og forfatter av en 2015 New York Times bestselger, La det være vann, som forteller Israels fremvekst som ledende innen vannbeskyttelse og teknologi. I 2012 forlot Shani kontoret med Israel i et ferskvannsoverskudd. "Det var ekstraordinært hva han dro av."
Som en privat borger begynte Shani igjen å gruble om den økende trusselen om vannmangel over hele verden. Mer enn en fjerdedel av verdens befolkning bor i vannbelastede land, og FN anslår at vannmangel kan fortrenge 700 millioner mennesker innen utgangen av tiåret. Det viktigste bidraget han kunne gi, bestemte han seg for, ville være å hjelpe drypp vanning til å bli vanlig. Det betydde å finne opp et system som kjørte uten filtre og pumper.
For å forstå Shanis utfordring må du først forstå hva som skjer inne i de ydmyke, svarte plastdryppelinjene. Langs hver og en er det en rekke hull, og festet inne i hvert hull er en plast widget på størrelse med en Tic Tac, kalt en emitter. Vann beveger seg gjennom en ekstremt smal, labyrintlignende kanal inne i emitteren, regulert slik at det kommer ut i målte dråper. Motstanden som produseres av disse emitterne er årsaken til at det kreves så mye press for å flytte vann fra den ene enden av et felt til den andre i et tradisjonelt system.
Shani unnfanget en ny type emitter, en som ga så liten motstand at vanntrykket som ble levert av tyngdekraften alene- påløpt under 1 til 2 fot nedstigning fra vanningskanalen til feltet nedenfor- ville være nok til å drive vannet helt veien ned hundrevis av fot med slanger og ut i bakken. Først eksperimenterte han med å veve plast- og metallfibre i forskjellige tredimensjonale gitterstrukturer. Men det var på en fottur en dag, sier han, at gjennombruddet kom: I stedet for en sikksakk -kanal ville emitteren hans bestå av en stang suspendert inne i en sylinder, med vann som renner gjennom rørformen mellom dem. I motsetning til med en tradisjonell emitter, kunne ingen enkelt partikler av rusk blokkere vannets strømning. "Boom," sier Shani. - Jeg var helt overbevist om at det ville fungere. Så utviklet vi all matematikk. ”
Når han finjusterte konseptet, trengte Shani å kommersialisere det. Han kontaktet Eran Pollak, en tidligere tjenestemann i finansdepartementet som han hadde jobbet tett med som vannformann, og fortalte Pollak at han hadde oppfunnet dryppvanning som bare brukte tyngdekraften. Pollak var skeptisk. Han hadde også vokst opp på en kibbutz, og han visste om vanning; det var ikke noe som nulltrykk drypp.
"Min første reaksjon var, selvfølgelig ville dette forandre verden, men det vil aldri fungere," forteller Pollak. Han møtte Shani i N-Drips hovedkvarter, som den gang var et lite kontor i et stripe kjøpesenter i en forstad til Tel Aviv. Shani førte ham til et skur ute. "Det var 20 meter rør, manuelt limt sammen, dryppende vann på bakken fra en liten søppelbøtte i plast," sier Pollak. "Det var i den mest elementære fasen man kan tenke seg, men dette var det øyeblikket jeg forsto at det kunne fungere." Pollak meldte seg på som administrerende direktør.
N-Drip installerte sin første offisielle feltforsøk i slutten av 2017, på fem mål sukkerrør i Eswatini (tidligere Swaziland), og hentet vann direkte fra en elv. De fant ut at systemet ikke bare fungerte og brukte mindre vann, men også økte avlingene med 30%. Med oppmuntrende resultater i hånden, gikk N-Drip videre til større forsøk i Australia og USA, og har siden utvidet seg til 17 land, fra Vietnam til Nigeria. Hvis Shanis visjon viser seg, har N-Drip en sjanse til å modernisere millioner flere gårder og forandre ferskvannsforbruket globalt.
Hittil har N-Drip skaffet inn 25 millioner dollar i finansiering, og systemet blir brukt av hundrevis av bønder til en avling på 4,000 dekar, alt fra bomull til poteter til soyabønner. Men Shani har en lang vei å gå hvis han har tenkt å konvertere jordens 600 millioner flomvannede dekar, og veien fra hageskur til global vanningsløsning vil ha mange hindringer.
Fordi N-Drip ikke bruker filtrering, har de fleste hikke så langt hatt å gjøre med alle de uventede tingene man kan finne i vann på en gård. Tidlig i en rettssak kontaktet en produsent i California i panikk N-Drip for å si at systemet hans hadde sluttet å fungere. Da Shani ankom, fant han en fisk på størrelse med pekefingeren som tetter et av rørene. En klump grønnalger gjorde noe lignende på en gård i Kasakhstan. Nå er N-Drips vanntanker utstyrt med nett for å fange opp alle slags plante- og dyreliv.
I bakingsolen i Arizona, i en region med spesielt mineralrikt vann, ble dryppelinjene så varme at kalsiumkarbonat falt ut og dekket utslippene i kalk som innsiden av en britisk tekanne. Det førte til at N-Drip utviklet protokoller for å begrave linjene i et tynt belegg av jord for å holde dem kjølige og for å bruke myknere på hardt vann.
David Midmore, professor emeritus i plantevitenskap ved Australia's Central Queensland University og en ekspert på mikrodråpe vanning, sier at hvis N-Drip virkelig planlegger å nå verdens 500 millioner småbønder, og ikke bare store, sofistikerte dyrkere, avhenger suksess ikke bare av å designe riktig teknologi, men også av å investere betydelig i utdanning og støtte. "Det er veldig viktig at produsentene blir lært de riktige måtene å dryppe-vanne, å ha enkle målinger av vann i jorda, og hvordan man ikke skal over- eller under-vanne," sier han. "Det er ikke bare trening, men oppfølging."
N-Drip insisterer på at småbruk er en avgjørende del av oppdraget. "Hvis en rik bonde i Australia øker avkastningen med 47%, er det flott. Åpne champagnen, ta en finere ferie det året," sier Siegel, selskapets bærekraftsansvarlige. "Men hvis en livsoppholdsbonde øker avkastningen, og de har mer mat å spise og mer mat å selge, forandrer det familien og det samfunnet."
I den hensikt, da Covid-19-pandemien utviklet seg i 2020, og satte lukrative prosjekter i USA og Australia på vent, dreide N-Drip seg om å produsere et 1 dekar stort sett designet for disse brukerne. Dette gjør-det-selv-systemet kommer med en lenke til en YouTube-video og enkle, Ikea-lignende strektegninger for å veilede bonden gjennom installasjonen.
N-Drip har også utviklet en proprietær jordføler, kalt N-Drip Connect, som overvåker plante- og jordforhold og sender bønder sanntidsveiledning via en smarttelefon-app om når de skal vannes og gjødsles. Sensoren sender også tilbake til selskapets agronomiske team, slik at den kan følge med på feltforholdene.
En annen utfordring for N-Drip vil fortsatt være økonomisk. Systemet kan installeres for en brøkdel av kostnaden for et konvensjonelt dryppsystem uten trykk, uten de pågående energikostnadene, men vann er gratis eller sterkt subsidiert for de fleste bønder globalt. Selv om noen, for eksempel australske bomullsdyrkere, kan være villige til å investere for å raskt beskytte en raskt svinnende ressurs, ville mange av verdens småbønder ikke være i stand til å dekke selv en beskjeden tilleggsutgift.
"Småbrukermarkedet er et stort marked, og et som kan ha størst utbytte av systemet vårt, men det er veldig vanskelig å gjøre forretninger med hvis du ikke har en stor og godt posisjonert partner," innrømmer Pollak. N-Drip ser for seg å levere systemene til disse bøndene først og fremst via ideelle organisasjoner, offentlige etater og store selskaper som gjør godt på bærekraftsløfter. Dets ledere sier at muligheten på kort sikt kan måles i hundretusenvis av dekar jordbruksareal.
Et tidlig eksempel på denne typen partnerskap er med PepsiCo Inc., som inngår kontrakter direkte med 40,000 15 bønder for ingredienser som mais, havre og poteter, og har satt seg et mål om å forbedre vannbrukseffektiviteten i landbruket med 2025% innen 50. PepsiCo styrte N-Drips teknologi med en håndfull bønder i India, Vietnam og USA, og så forbedret avling med mindre gjødselinngang og XNUMX% mindre vannforbruk kontra flomvanning.
Peter Gleick, president-emeritus og medgründer av Stillehavsinstituttet, et ideelt forskningsinstitutt med fokus på ferskvannsproblemer, understreker at når det gjelder vanningens fremtid, er det kritisk at vi ikke mister det store synet. Konvertering av bomulls- eller alfalfafelt til dryppvanning er et skritt i riktig retning, men et større spørsmål venter: Bør vi virkelig dyrke avlingene i tørt klima til å begynne med? "Vi må ha en reell samtale om hva det er fornuftig å vokse i det vannskjærne Vesten, samt en samtale om å vokse det vi velger for å vokse mer effektivt og mer forsiktig," sier han. "Denne teknologien kan hjelpe med det andre spørsmålet, men det kommer ikke til å hjelpe med det første, mer politiske."
Gleick bemerker at det i prinsippet er en ting å protestere mot å bruke dyrebart drikkevann for å dyrke avlinger til dyrefôr, og en annen å fortelle bønder at de bør slutte å dyrke. Tilbake på CRIT Farms sier Moore at han er glad for å kunne bidra til forskning han ser som avgjørende for landbrukets fremtid i regionen. Neste år planlegger han å bruke N-Drips system på ekstra areal. Selv om stammenes reservasjon ikke har redusert vannkvoten, vet Moore at mangel vil komme for alle en dag. "Vi må begynne å leve som om vi er påvirket av disse grensene for å kjøpe oss en stund," sier han. "For å overleve som et folk og som en bedrift, må vi se på teknologier som dette."