Poprawa plonów przy jednoczesnej ochronie zasobów: Doktorantka Julia Sokol pomaga rozwijać technologie nawadniania kropelkowego, które pozwalają rolnikom oszczędzać wodę i energię

Jeśli chodzi o zdrowie planety, rolnictwo i produkcja żywności odgrywają ogromną rolę. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa, mniej więcej 37 procent gruntów na świecie jest wykorzystywany do celów rolniczych i produkcji żywności, oraz 11 procent powierzchni lądowej Ziemi jest wykorzystywany specjalnie do produkcji roślinnej. Znalezienie sposobów na uczynienie rolnictwa bardziej zrównoważonym i wydajnym ma kluczowe znaczenie nie tylko dla środowiska, ale także dla globalnych dostaw żywności.

Absolwentka Julia Sokol pracuje nad zmniejszeniem kosztów i wydajności nawadniania kroplowego w Global Engineering and Research na MIT (BIEG) Gromadzenie i zarządzanie spisem sprzętu i oprogramowania komputerów klienckich MICROSOFT ENDPOINT MANAGER. Kredyt: Tony’ego Pulsona

Julia Sokol wychowała się z dala od jakiegokolwiek gospodarstwa rolnego. Urodzony w Rosji, Sokol i jej rodzina przeprowadzili się, gdy ona była 10 lat do Nowego Jorku, gdzie jej ojciec pracował dla Organizacji Narodów Zjednoczonych. Twoje umiejętności i rodzaj gry, Jednakże, Sokół, doktorant w dziedzinie inżynierii mechanicznej, spędza dużo czasu myśląc o rolnictwie. Przez ostatnie dwa lata, Sokol pracował nad projektem nawadniania kroplowego w Global Engineering and Research na MIT (BIEG) Gromadzenie i zarządzanie spisem sprzętu i oprogramowania komputerów klienckich MICROSOFT ENDPOINT MANAGER.

Po uzyskaniu tytułu licencjata z inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Harvarda, Sokol spędził trochę czasu w przemyśle, najpierw jako asystent naukowy w Schlumberger, następnie pracował w małej firmie konsultingowej zajmującej się zrównoważonym rozwojem. Chęć mocniejszego fundamentu technicznego, złożyła podanie do MIT na studia magisterskie.

Podczas studiów magisterskich, Sokół poszedł na kurs 2.76 (Globalna Inżynieria), którego wykładał profesor nadzwyczajny i główny badacz laboratorium GEAR, Zima Amosa. Zainteresowałem się problematyką wodną, Sokol skorzystał z okazji, aby współpracować z Winterem nad projektem energooszczędnego nawadniania kroplowego w laboratorium GEAR.

„Byłam bardzo podekscytowana możliwością przyłączenia się do projektu,– mówi Sokół. „Doskonale łączy moją pasję do zrównoważonego rozwoju z zainteresowaniem badaniami podstawowymi w zakresie mechaniki płynów i projektowania systemów”.

Zamiast nawadniania zalewowego — podczas którego woda jest pompowana ze źródła w celu zalania pola — nawadnianie kroplowe wykorzystuje centralną pompę, która tłoczy wodę przez sieć rur. Emitery przymocowane do rur uwalniają wodę równomiernie na całym polu, co skutkuje wyższymi plonami i mniejszym zużyciem wody w porównaniu z nawadnianiem zalewowym.

„Celem nawadniania kropelkowego jest dostarczenie wody o na tyle niskim natężeniu przepływu, aby korzenie mogły natychmiast zacząć ją wchłaniać, zamiast odparowywać lub przesączać się z powrotem do warstwy wodonośnej,– wyjaśnia Sokół.

Emitery stosowane w nawadnianiu kropelkowym równomiernie rozprowadzają wodę, w przeciwieństwie do nawadniania powodziowego, co często powoduje podmoknięcie upraw. „Te emitery kropli muszą zapewniać równomierne natężenie przepływu na całym polu, aby wszystkie uprawy otrzymały tę samą ilość wody,– dodaje Susan Amrose, pracownik naukowy w laboratorium GEAR.

Zespół badawczy skupił się najpierw na cechach geometrycznych tych emiterów. Opracowali model matematyczny opisujący interakcję cech geometrycznych z znajdującymi się w nich membranami. Na podstawie tego modelu, zoptymalizowali emitery, aby uzyskać najniższe możliwe ciśnienie wymagane do zapewnienia prawidłowego przepływu wody do upraw.

Komercyjne emitery wymagają minimalnego ciśnienia aktywacji wynoszącego 1 aby zapewnić stałe natężenie przepływu upraw. Dzięki zmianom, jakie zespół wprowadził wewnątrz emitera, obniżyli ciśnienie aktywacji do zaledwie 0.15 bar. To zmniejszenie ciśnienia potrzebnego do uruchomienia kroplowników zmniejsza o połowę moc potrzebną do obsługi pompy centralnej.

„Zmniejszenie ciśnienia obniża ogólny koszt systemu, co jest korzystne dla rolnika, i oczywiście pomaga również zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych,– mówi Sokół.

Do systemów nawadniania kropelkowego poza siecią zasilanych energią słoneczną, zastosowanie nowych emiterów mogłoby obniżyć koszty dla rolnika 40 procent. „Dla rolników w krajach rozwijających się, ta oszczędność kosztów zmniejsza barierę dla technologii oszczędzającej wodę i zwiększającej plony,– dodaje Amrose.

Zespół przeprowadził szereg prób terenowych w Maroku i Jordanii, gdzie współpracują z partnerami z organizacji pozarządowych i prywatnymi rolnikami, aby przetestować nowo zaprojektowane emitery i zoptymalizowany system nawadniania.

„Największym wnioskiem z tych prób polowych było to, jak bardzo nasz system obniżył zużycie energii i koszty, zapewniając jednocześnie wysoką równomierność natężenia przepływu do upraw,– wyjaśnia Sokół.

Według Amrose'a, Sokol odegrał kluczową rolę w opracowywaniu i testowaniu tych emiterów. „Ona przynosi cały pakiet – jest doskonałą projektantką, może być w terenie i naprawiać sprzęt, i jest też niesamowicie dobra teoretycznie, praca z modelkami,– mówi Amrose.

Sokol i zespół GEAR Lab będą w dalszym ciągu udoskonalać konstrukcję emiterów, co wpłynie na zmniejszenie kosztów, oszczędzać zasoby, i poprawić plony. Ich badania są finansowane przez Jain Irrigation Systems i USAID.

„Globalna populacja stale rośnie, dlatego potrzebujemy większej produktywności rolnictwa,– dodaje Sokół. „Na tym się skupiamy – aby tak się stało, zwłaszcza w obszarach rozwijających się.”

Źródło: http://news.mit.edu, autorstwa Mary Beth O’Leary