На сухом, как кости, западном склоне Аризоны, где бассейн реки Колорадо встречается с пустыней Мохаве, расположены 11,000 акров люцерны, сорго, пшеницы и суданской травы, принадлежащих индейским племенам реки Колорадо (CRIT), и все они предназначены для сбора урожая и продается на корм животным. Чтобы здесь что-то росло, необходимо орошение. По словам Джоша Мура, управляющего фермой от имени своего племени, в этом году выпало менее четверти дюйма дождя.
«Резервация построена на довольно устаревшей системе паводкового орошения», - говорит Мур. Сеть каналов, построенная в 19 веке, доставляет воду из реки Колорадо, система, которая казалась лучшей идеей до того, как водораздел вступил в постоянную и все более ужасную засуху. Хотя каналы поставляют достаточно воды для удовлетворения потребностей CRIT в сельском хозяйстве на данный момент, племена планируют более жаркое и сухое будущее. В этом сезоне можно увидеть черные пластиковые трубки, извивающиеся вниз по сотням рядов сорго: эксперимент с микрокапельным орошением, который может радикально сократить изъятия ферм из перегруженного водосбора.
Во всем мире большинство сельскохозяйственных культур получают воду только от дождя, но в местах, где осадков недостаточно, мы вынуждены проводить орошение. Несмотря на все инновации, внедренные в сельское хозяйство в последние годы, от Тракторы с GPS-наведением Что касается генно-инженерных саженцев, то 85% всего орошения по-прежнему осуществляется путем выброса огромного количества воды по поверхности поля, почти так же, как это было 4,000 XNUMX лет назад в Месопотамии.
Паводковое орошение сохранилось, потому что оно дешевое, но с точки зрения природных ресурсов - ошеломляюще дорого. До 70% воды уходит в отходы, а переувлажненные культуры могут не полностью раскрыть свой потенциал. Излишки удобрений уносятся стоком, загрязняя реки, заболоченные земли и озера.
Все это должно было решить микрокапельное орошение. В 1930-х годах молодой инженер по имени Симха Бласс заметил дерево, которое выросло намного выше других в том же ряду; когда он присмотрелся, он обнаружил, что его корни питались крошечной утечкой из соседней оросительной трубы. Спустя годы израильтяне использовали эту концепцию для создания пластиковой системы капельного орошения, которая в дальнейшем продавалась под торговой маркой. Нетафим. Она остается мировым лидером в своем секторе.
Сегодня существуют сотни компаний по капельному орошению, но эта технология применяется менее чем на 5% орошаемых акров во всем мире, как правило, для выращивания дорогостоящих культур, таких как миндаль, виноград и помидоры. Ограничивающий фактор - стоимость. Поскольку системы спроектированы в настоящее время, проталкивание воды через сотни футов трубы требует большого усилия, которое фермеры снабжают насосами; электрические, если у них есть сила в своих полях, и дизельные версии с выбросом углерода, если их нет. Капельные линии также подвержены забиванию частицами ила или водорослями, обнаруженными в природной воде, поэтому ее необходимо фильтровать, что увеличивает дополнительные расходы. Стоимость всей установки составляет не менее 2,000 долларов за акр плюс счета за электроэнергию. Для более дешевых культур, таких как хлопок или люцерна, капельное орошение просто не окупается.
Однако установка микрокапель, используемая CRIT Farms, стоит менее 400 долларов за акр, а необходимое давление обеспечивается полностью за счет силы тяжести, которая имеет то преимущество, что она свободна и углеродно-нейтральна. Стороннему наблюдателю система не кажется такой уж большой. Но для Мура идея капельного орошения сельскохозяйственных культур для кормления животных является не чем иным, как революционной. При условии, конечно, что это действительно работает.
«Когда колодец высыхает, мы знаем цену воды», - писал Бенджамин Франклин в издании 1746 года. Альманах бедного Ричарда. Он не знал и половины. Сегодняшнее население Земли в 10 раз больше, чем было тогда, а источники пресной воды сокращаются. Самым большим потребителем воды на сегодняшний день является сельское хозяйство, на которое приходится почти три четверти глобального использования.
Признаки нехватки воды повсюду вокруг нас, и с каждым годом они становятся все более тревожными. В августе правительство США впервые в истории объявило, что река Колорадо находится в состояние нехватки, что привело к сокращению поставок примерно для 40 миллионов человек, которые от него зависят. Пять миллионов из них получают воду благодаря проекту Central Arizona Project (CAP), коммунальному предприятию, которое поставляет речную воду по каналу от западной окраины Аризоны до 80% населения штата.
Чак Каллом, руководитель программ реки Колорадо в CAP, провел последнее десятилетие, исследуя возможности увеличения водоснабжения Аризоны, включая технологии очистки сточных вод и гаджеты, которые помогают городским клиентам ограничить их использование. В 2019 году на конференции в Тель-Авиве Каллом встретился с руководителем израильского ирригационного стартапа под названием N-капельный, которая разрабатывала систему, обещавшую значительную экономию воды без непомерно высоких затрат. «Я был слишком скептичен, - говорит Каллом. «Это походило на решение единорога».
Но на сельское хозяйство приходится подавляющая часть использования пресной воды в Аризоне, поэтому Каллом был готов попробовать N-Drip. В 2020 году CAP предоставила систему CRIT Farms для использования на 40 акрах сорго. Они обнаружили, что он вдвое сократил потребление воды, немного улучшив качество урожая: ошеломляющий результат, хотя и в очень небольшом масштабе. В этом году CAP расширила пилотный проект примерно на 200 акров сорго и хлопка по всей Аризоне и, если все пойдет хорошо, надеется развернуть систему на региональном уровне к 2023 году, продолжая покрывать стоимость оборудования для фермеров, которые ее устанавливают.
N-Drip - детище Ури Шани, профессора физики почвы в Еврейском университете Иерусалима и бывшего председателя Управления водного хозяйства Израиля. Семь лет назад он намеревался разработать систему микрокапельного орошения, достаточно дешевую, чтобы подходить не только для салата-латука и ягод, но и для таких товарных культур, как соя и кукуруза, которые составляют основную часть мирового сельскохозяйственного производства.
«Моя первая реакция была, конечно, это изменит мир, но это никогда не сработает»
Шани 72 года, у него короткие волосы цвета соли с перцем, очки в металлической оправе и добродушие. Он родился в 1950 году в кибуце, наполненном тревогой, свойственной жизни в засушливой стране, приверженной идее сельскохозяйственной самодостаточности. «Мой отец был инженером, который работал в основном на воде. Я рос, думая о воде и водных решениях всю свою жизнь », - говорит Шани, выступая с Zoom из офиса N-Drip в Тель-Авиве.
После прохождения военной службы в элитном отряде коммандос, Шани поступил в Еврейский университет, ведущее исследовательское учреждение Израиля, и получил степень магистра физики почвы. Для его доктора философии. поработав, он переехал в кибуц Йотвата, в пустыню на крайнем юге Израиля. В этой области ежегодно выпадает менее дюйма дождя, а для орошения используются только солоноватые грунтовые воды: внешние пределы сельского хозяйства. Он начал там как аспирант, а закончил тем, что управлял кибуцом.
Позже Шани стал профессором, а в 2006 году стал первым главой недавно созданного управления водными ресурсами Израиля. Роль была сложной, охватывая инженерное дело, менеджмент, политику и экономику, и он взял ее на себя вместе со страной, пережившей самую сильную засуху. Shani инвестировал в оборот и опреснение воды с турбонаддувом. Чтобы заплатить за это, он значительно - и это спорно - поднял цену на воду.
«Во всем мире существует так много проблем с водой, потому что очень мало стран готовы взимать с потребителей реальную цену», - говорит Сет Сигел, главный специалист по устойчивому развитию N-Drip и автор бестселлера New York Times за 2015 год. Да будет вода, который рассказывает о подъеме Израиля как лидера в области водосбережения и технологий. В 2012 году Шани покинул офис в Израиле из-за избытка пресной воды. «То, что он сделал, было невероятным».
Шани снова стал частным лицом и начал размышлять о растущей угрозе нехватки воды во всем мире. Более четверти населения мира проживает в странах, испытывающих нехватку воды, и, по оценкам Организации Объединенных Наций, к концу десятилетия из-за нехватки воды из-за нехватки воды будет перемещено 700 миллионов человек. Он решил, что наиболее значительный вклад, который он может внести, - это сделать так, чтобы капельное орошение стало обычным явлением. Это означало изобрести систему, работающую без фильтров и насосов.
Чтобы понять задачу Шани, вы сначала должны понять, что происходит внутри этих скромных черных пластиковых капельниц. Вдоль каждого из них есть ряд отверстий, и внутри каждого отверстия прикреплен пластиковый виджет размером с крестики-нолики, называемый эмиттером. Вода движется по чрезвычайно узкому лабиринтному каналу внутри эмиттера, который регулируется таким образом, что выходит взвешенными каплями. Сопротивление, создаваемое этими излучателями, является причиной того, что требуется такое большое давление для перемещения воды с одного конца поля на другой в традиционной системе.
Шани придумал новый вид излучателя, который оказывал настолько слабое сопротивление, что давления воды, создаваемого одной лишь силой тяжести - накопленным во время спуска на 1-2 фута от оросительного канала к полю внизу, - было бы достаточно, чтобы вытолкнуть всю воду путь вниз по трубам на сотни футов в землю. Во-первых, он экспериментировал с вплетением пластиковых и металлических волокон в различные трехмерные решетчатые структуры. Но однажды, по его словам, во время похода произошел прорыв: вместо зигзагообразного канала его излучатель будет состоять из стержня, подвешенного внутри цилиндра, с водой, протекающей через форму трубки, образованную между ними. В отличие от традиционного эмиттера, теперь ни одна частица мусора не может блокировать поток воды. «Бум», - говорит Шани. «Я был абсолютно уверен, что это сработает. Затем мы разработали всю математику ».
После того, как он доработал концепцию, Шани нужно было коммерциализировать ее. Он связался с Эраном Поллаком, бывшим чиновником министерства финансов, с которым он тесно сотрудничал в качестве председателя по водным ресурсам, и сказал Поллаку, что изобрел капельное орошение, которое использует только гравитацию. Поллак был настроен скептически. Он тоже вырос в кибуце и знал о ирригации; не существовало такого понятия, как капля при нулевом давлении.
«Моя первая реакция была, конечно, это изменит мир, но это никогда не сработает», - вспоминает Поллак. Он встретил Шани в штаб-квартире N-Drip, которая в то время представляла собой небольшой офис в торговом центре в пригороде Тель-Авива. Шани привела его к сараю за домом. «Это было 20 метров склеенной вручную трубы, из которой на землю капала вода из небольшого пластикового мусорного бака», - говорит Поллак. «Это было на самой элементарной стадии, которую только можно представить, но именно в этот момент я понял, что это может сработать». Поллак стал генеральным директором.
Компания N-Drip установила свои первые официальные полевые испытания в конце 2017 года на пяти акрах сахарного тростника в Эсватини (бывший Свазиленд), забирая воду прямо из реки. Они обнаружили, что система не только работала и потребляла меньше воды, но и увеличивала урожайность на 30%. Имея обнадеживающие результаты, N-Drip перешел к более крупным испытаниям в Австралии и США и с тех пор расширился до 17 стран, от Вьетнама до Нигерии. Если видение Шани подтвердится, у N-Drip есть шанс модернизировать еще миллионы ферм и изменить потребление пресной воды во всем мире.
На сегодняшний день N-Drip собрал 25 миллионов долларов финансирования, и его система используется сотнями фермеров для выращивания сельскохозяйственных культур на 4,000 600 акров, от хлопка до картофеля и сои. Но Шани предстоит пройти долгий путь, если он намеревается преобразовать XNUMX миллионов орошаемых затоплением акров Земли, и на пути от садового сарая к глобальному ирригационному решению будет множество препятствий.
Поскольку N-Drip не использует фильтрацию, большая часть икоты до сих пор была связана со всеми неожиданными вещами, которые можно найти в воде на ферме. В начале одного испытания производитель из Калифорнии в панике связался с N-Drip и сообщил, что его система перестала работать. Когда Шани прибыл, он обнаружил, что рыба размером с его указательный палец забивает одну из труб. Нечто похожее образовало скопление зеленых водорослей на ферме в Казахстане. Теперь резервуары для воды N-Drip оснащены сеткой для улавливания всех видов растений и животных.
Под палящим солнцем Аризоны, в регионе с особенно богатой минералами водой, капельные линии стали настолько горячими, что выпал карбонат кальция, покрывая излучатели известковым налетом, как внутри британского чайника. Это привело к тому, что N-Drip разработала протоколы для закапывания линий в тонкий слой почвы, чтобы они оставались прохладными, и для использования смягчителей в жесткой воде.
Дэвид Мидмор, почетный профессор наук о растениях в австралийском Центральный Квинслендский Университет и эксперт по микрокапельному орошению, говорит, что если N-Drip действительно планирует охватить 500 миллионов мелких фермеров в мире, а не только крупных и опытных производителей, успех зависит не только от разработки правильной технологии, но и от значительных инвестиций в образование. и поддержка. «Очень важно, чтобы производители были обучены правильным способам капельного орошения, простому измерению количества воды в почве и тому, как не допускать чрезмерного или недостаточного полива», - говорит он. «Это не только обучение, но и последующие меры».
N-Drip настаивает на том, что небольшие фермы являются важной частью ее миссии. «Если богатый фермер в Австралии увеличит урожай на 47%, это здорово, откройте шампанское и в этом году возьмите более интересный отпуск», - говорит Сигел, директор компании по устойчивому развитию. «Но если натуральный фермер увеличивает урожай, и у него появляется больше еды, чтобы съесть и больше еды на продажу, это преобразует эту семью и эту общину».
С этой целью, когда пандемия Covid-19 развернулась в 2020 году, приостановив прибыльные проекты в США и Австралии, N-Drip перешла на производство набора площадью 1 акр, предназначенного для этих пользователей. Эта система «сделай сам» поставляется со ссылкой на видео на YouTube и простыми линейными рисунками в стиле Икеи, которые помогут фермерам выполнить установку.
N-Drip также разработала запатентованный датчик почвы под названием N-капельное соединение, который отслеживает состояние растений и почвы и отправляет фермерам инструкции в режиме реального времени через приложение для смартфонов о том, когда следует поливать и удобрять. Датчик также передает данные агрономической бригаде компании, чтобы они могли следить за полевыми условиями.
Еще одна проблема для N-Drip по-прежнему будет экономической. Система может быть установлена за небольшую часть стоимости обычной капельной системы под давлением, без каких-либо текущих затрат на электроэнергию, но вода предоставляется бесплатно или в значительной степени субсидируется для большинства фермеров во всем мире. Хотя некоторые, например австралийские производители хлопка, могут быть готовы инвестировать в срочную защиту быстро истощающихся ресурсов, многие мелкие фермеры мира не смогут покрыть даже скромные дополнительные расходы.
«Рынок мелких землевладельцев - огромный рынок, и он может извлечь наибольшую выгоду из нашей системы, но с ним очень трудно вести дела, если у вас нет крупного и хорошо позиционированного партнера», - признает Поллак. N-Drip предполагает предоставить свою систему этим фермерам в первую очередь через некоммерческие организации, государственные учреждения и крупные корпорации, выполняя взятые на себя обязательства по обеспечению устойчивости. Ее руководители говорят, что в ближайшей перспективе возможности могут быть измерены в сотнях тысяч акров сельскохозяйственных земель.
Одним из первых примеров такого рода партнерства является PepsiCo Inc., которая напрямую заключает контракты с 40,000 15 фермерами на такие ингредиенты, как кукуруза, овес и картофель, и поставила перед собой цель повысить эффективность использования воды в сельском хозяйстве на 2025% к 50 году. PepsiCo опробовала технологию N-Drip с горсткой фермеров в Индии, Во Вьетнаме и США наблюдается повышение урожайности при меньшем количестве удобрений и на XNUMX% меньшем расходе воды по сравнению с паводковым орошением.
Питер Глейк, почетный президент и соучредитель Тихоокеанский институт, некоммерческий исследовательский институт, занимающийся проблемами пресной воды, подчеркивает, что когда речь идет о будущем орошения, очень важно не упускать из виду общую картину. Перевод хлопковых или люцерновых полей на капельное орошение - шаг в правильном направлении, но возникает более серьезный вопрос: должны ли мы действительно с самого начала выращивать эти культуры в засушливом климате? «Нам нужен настоящий разговор о том, что имеет смысл выращивать на Западе, где не хватает воды, а также разговор о том, что мы выбираем, чтобы выращивать более эффективно и осторожно», - говорит он. «Эта технология может помочь со вторым вопросом, но не поможет с первым, более политическим».
Глейк отмечает, что одно дело - в принципе возражать против использования драгоценной питьевой воды для выращивания сельскохозяйственных культур на корм животным, а другое - сказать фермерам, что они должны прекратить возделывание сельскохозяйственных культур. Вернувшись в CRIT Farms, Мур говорит, что он счастлив участвовать в исследованиях, которые он считает жизненно важными для будущего сельского хозяйства в регионе. В следующем году он планирует использовать систему N-Drip на дополнительных площадях. Хотя квота на воду в резервации племен не была сокращена, Мур знает, что однажды нехватка воды наступит для всех. «Нам нужно начать жить так, как будто на нас повлияли эти ограничения, чтобы выиграть время», - говорит он. «Чтобы выжить как людям и как бизнесу, мы должны смотреть на такие технологии».