مسارات الوصول إلى ري بتكاليف مثلى وصفر انبعاثات في الولايات المتحدة

إطعام الناس مع حماية الكوكب

يعتمد المزارعون على الري لإبقاء المحاصيل على قيد الحياة عند فشل الأمطار، لكن ضخ كل ذلك الماء عادةً ما يحرق الكثير من الوقود الأحفوري. تطرح هذه الدراسة سؤالًا بسيطًا له تبعات كبيرة: كيف يمكن للولايات المتحدة أن تسقِ حقولها بطريقة ميسورة التكلفة للمزارعين وأنظف بكثير للمناخ، وما الذي سيتطلبه الأمر فعلاً للوصول إلى صافي انبعاثات صفري من الري؟

لماذا تهم طاقة الري

معظم الأراضي الزراعية في العالم لا تزال تعتمد على الأمطار، مما يجعل المحاصيل عرضة للجفاف وتغيرات الطقس. يمكن للحقول المروية أن تنتج طعامًا أكثر وتقف صامدة أمام الحرارة وفترات الجفاف، لكن ذلك بتكلفة. نقل المياه من الأنهار أو من أعماق الأرض إلى المحاصيل يستهلك بالفعل نحو 90% من سحب المياه العالمي ويطلق مئات الملايين من الأطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا، بشكل رئيسي من الديزل والكهرباء الشبكية المستخدمة لتشغيل المضخات. في الولايات المتحدة، ترتبط انبعاثات طاقة الري بنوع المحاصيل المزروعة، وموقعها، وعمق مستوى الماء الجوفي، وما إذا كانت المضخات تعمل بالديزل أو بالكهرباء. ومع تضيق إمدادات المياه بسبب تغير المناخ، يصبح معرفة كيفية تشغيل الري بشكل أنظف أمرًا جوهريًا لكل من الأمن الغذائي وأهداف المناخ.

اختبار مسارات أنظف لضخ المياه

يجسر المؤلفون بين عالمين نادرًا ما يجمعهما بحث واحد: نمذجة نظم الطاقة التفصيلية وإدارة المياه. يفحصون 774 مقاطعة أمريكية تشكل معًا 98% من سحب المياه للري على الصعيد الوطني. لكل مقاطعة، يعيدون بناء مقدار المياه المضخوخة، وكمية الطاقة المطلوبة، ومتى تُحتاج المياه خلال اليوم، وكمية ضوء الشمس المتاحة لتشغيل الألواح الشمسية. ثم يبنون نموذج تحسين يختار بين مضخات الديزل، والمضخات الكهربائية، وكهرباء الشبكة، والألواح الشمسية المزرعية، والبطاريات، وخزانات المياه. يبحث النموذج عن مزيج المعدات والتشغيل الأقل تكلفة مع تلبية احتياجات المياه بالساعة، ويمكن أيضًا تقييده لتلبية حدود أكثر صرامة على انبعاثات الكربون، وصولًا إلى نظام صفر صافي للانبعاثات.

أرخص وأنظف دون جهد مفرط

بالقياس إلى الممارسات الحالية، تُظهر النتائج أن الري في الولايات المتحدة بعيد عن الكفاءة. في حالة استمرارية الأعمال كما هي الآن، تستمر مضخات الديزل والكهرباء الحالية في العمل كما هي، بتكلفة نحو 3.8 مليار دولار سنويًا وانبعاث نحو 9.9 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون. عندما يُسمح للنموذج باختيار التكوين الأمثل من حيث التكلفة دون أي قاعدة مناخية، فإنه يلغي تقريبًا استخدام الديزل لصالح مضخات كهربائية أكثر كفاءة وينشر نحو 6.6 جيجاوات من الطاقة الشمسية. وبشكل مفاجئ، لا يقتصر هذا على خفض الانبعاثات بنسبة 39% فحسب، بل يقلل أيضًا التكاليف السنوية الإجمالية بنسبة 23%، موفرًا نحو 0.89 مليار دولار. الدفع بخفض الانبعاثات إلى أبعد من ذلك يظل نسبيًا رخيصًا: خفض نحو 85% من الانبعاثات يرفع التكاليف الإجمالية بأقل من واحد في المئة مقارنة بحالة استمرارية الأعمال، مما يشير إلى أن مكاسب مناخية كبيرة متاحة بتضحيات مالية متواضعة.

الصعود الحاد نحو ري بصافي صفر

الوصول إلى صافي انبعاثات صفري للري ممكن في النموذج لكنه أغلى بكثير. لتجنب أي انبعاثات من شبكة الطاقة، يجب أن ينتقل النظام بالكامل إلى الطاقة الشمسية المزرعية، ويوسع بشكل كبير قدرة المضخات الكهربائية، ويضيف كميات كبيرة من البطاريات وخزانات المياه لتنعيم تقلبات ضوء الشمس وطلب المياه اليومية. ستحتاج سعة الطاقة الشمسية إلى القفز من 6.6 جيجاوات في الحالة المثلى من حيث التكلفة إلى أكثر من 42 جيجاوات، وسيتجاوز حجم تخزين المياه حجم أكبر سد في الولايات المتحدة. هذه الإضافات تضاعف التكاليف السنوية مقارنة بحالة استمرارية الأعمال تقريبًا. ولن تقع الأعباء بالتساوي: ستتحمل ولايات مثل كاليفورنيا وأركنساس ونبراسكا وأيداهو حصة كبيرة من التكاليف وستشهد تحولات كبيرة مع إنهاء استخدام الديزل وتولي الطاقة الشمسية المهمّة.

الحدود والاختيارات المحلية والخيارات المستقبلية

تفحص الدراسة أيضًا مدى حساسية نتائجها للمدخلات غير المؤكدة مثل أسعار الألواح الشمسية، وكفاءة المضخات، وانبعاثات الشبكة المستقبلية. تظهر تكاليف تكنولوجيا الطاقة الشمسية كأهم عامل: فكلما كانت الطاقة الشمسية أرخص، زاد جاذبية الري منخفض الكربون، بينما تؤدي التكاليف الأعلى بكثير إلى إبطاء الاعتماد ورفع الانبعاثات. بالمقابل، تغييرات أسعار الديزل وتكاليف المضخات لا تغير كثيرًا من القرارات المثلى، مما يؤكد أن الديزل أداءه ضعيف عبر نطاق واسع من الافتراضات. يشير المؤلفون إلى أن تحليلهم مستند إلى أنماط الري الحالية، ويتجاهل تكاليف إنشاء خطوط طاقة جديدة إلى الحقول النائية، ويعامل كل مقاطعة كنظام واحد كبير، مما قد يقلل من تقدير التعقيدات الواقعية في المزارع الفردية.

ما يعنيه هذا للمزارعين والمناخ

بالنسبة لغير المتخصصين، الخلاصة الرئيسية هي أن الري الأنظف ليس مجرد قضية مناخية، بل أيضًا قضية اقتصادية. إن استبدال مضخات الديزل غير الفعالة بمضخات كهربائية وإضافة قدر متواضع من الطاقة الشمسية يمكن أن يوفر المال للمزارعين والمجتمع مع تقليل حاد لانبعاثات ري المحاصيل. أما الوصول الكامل إلى صافي الصفر فأسهل وصفاً من الناحية العملية فهو أصعب وأكثر تكلفة، ويتطلب استثمارات كبيرة في الألواح الشمسية والبطاريات وخزانات المياه واستخدامًا مدروسًا للأراضي والمواد. يقترح العمل مسارًا عمليًا: حصد خفض الانبعاثات الكبير والمنخفض التكلفة المتاح اليوم من خلال الكهربة والري بالطاقة الشمسية، مع التخطيط بعناية للمضي قدمًا في الدفع النهائي نحو الصافي صفر عندما يكون ذلك منطقيًا في مناطق مختلفة.

الاستشهاد: Späte, J., Mingolla, S. & Rosa, L. Pathways to cost-optimal and net-zero emissions irrigation in the United States. Nat Commun 17, 4504 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71122-7

الكلمات المفتاحية: طاقة الري, الضخ الشمسي, انبعاثات الزراعة, إدارة المياه, الزراعة صفرية الصافي