Nông Nghiệp Năng Lượng Mặt Trời Đang Dần Cạn Kiệt Nguồn Nước Ngầm Toàn Cầu

Nông Nghiệp Năng Lượng Mặt Trời Đang Dần Cạn Kiệt Nguồn Nước Ngầm Toàn Cầu

Các nông dân ở những vùng khô cằn đang chuyển sang sử dụng các máy bơm năng lượng mặt trời giá rẻ để tưới tiêu cho các cánh đồng của mình. Điều này loại bỏ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch và tăng cường năng suất cây trồng, nhưng lại đang làm cạn kiệt các tầng nước ngầm trên toàn cầu.

Hari Ram sử dụng máy bơm năng lượng mặt trời để cung cấp nước cho trang trại của mình ở Solawata, Ấn Độ. Ảnh: Rebecca Conway/Getty Images

Câu chuyện này ban đầu xuất hiện trên Yale Environment 360 và là một phần của hợp tác Climate Desk.

Một cuộc cách mạng năng lượng mặt trời đang diễn ra ở các cánh đồng Ấn Độ. Đến năm 2026, hơn 3 triệu nông dân sẽ sử dụng các máy bơm năng lượng mặt trời để lấy nước dưới lòng đất tưới cho các cánh đồng của họ. Với nguồn nước gần như miễn phí và dồi dào để trồng trọt, cuộc sống của họ có thể sẽ thay đổi. Cho đến khi nguồn nước cạn kiệt.

Bang sa mạc Rajasthan của Ấn Độ là nơi tiên phong và có số lượng máy bơm năng lượng mặt trời nhiều hơn bất kỳ nơi nào khác. Trong suốt thập kỷ qua, chính phủ đã cung cấp máy bơm năng lượng mặt trời với giá subsidized cho gần 100.000 nông dân. Những máy bơm này hiện nay tưới cho hơn một triệu mẫu đất và đã giúp việc sử dụng nước cho nông nghiệp tăng hơn 25%. Tuy nhiên, kết quả là mực nước ngầm đang giảm nhanh chóng. Ít có mưa để thay thế lượng nước được bơm lên mặt đất. Ở một số nơi, các tầng đá ngầm hiện nay đã khô cạn xuống tới 400 feet dưới mặt đất.

Điều này đã trở thành giới hạn hiệu quả của các máy bơm, và nhiều máy bơm giờ đây đã bị bỏ hoang. Để tiếp tục khai thác nguồn nước, những nông dân giàu có đã mua những máy bơm năng lượng mặt trời mạnh mẽ hơn, trong khi những người khác bị bỏ lại trong tình trạng thiếu nước hoặc phải mua nước từ những nông dân giàu có.

Sự cạn kiệt nguồn nước đang đến gần. Và không chỉ ở Rajasthan.

Máy bơm năng lượng mặt trời đang lan rộng nhanh chóng trong cộng đồng nông thôn ở nhiều khu vực thiếu nước trên khắp Ấn Độ, Châu Phi và các nơi khác. Những thiết bị này có thể hút nước ngầm suốt cả ngày mà không tốn chi phí, mà không có sự giám sát từ chính phủ.

Hiện tại, chúng có thể là tin tốt cho nông dân, với khả năng chuyển đổi nông nghiệp và cải thiện an ninh lương thực. Những máy bơm này có thể cung cấp nước suốt cả ngày, mở rộng đất canh tác vào các sa mạc, chấm dứt sự phụ thuộc vào mưa không đều và đôi khi thay thế những máy bơm chạy bằng dầu diesel hoặc điện lưới vốn tốn kém.

Nhưng cuộc cách mạng thủy văn năng lượng mặt trời này đang làm cạn kiệt các nguồn nước ngầm vốn đã căng thẳng, còn được gọi là nước ngầm hoặc tầng chứa nước. Thành công của các máy bơm năng lượng mặt trời thực tế đang “đe dọa khả năng tồn tại của nhiều tầng nước ngầm đang có nguy cơ cạn kiệt,” Soumya Balasubramanya, một nhà kinh tế học tại Ngân hàng Thế giới với kinh nghiệm sâu rộng về chính sách nước, cảnh báo vào tháng 1.

Một sáng kiến ban đầu được cho là có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trong khi giúp nông dân phát triển đang nhanh chóng biến thành một quả bom môi trường.

Trong suốt thế kỷ 20, hệ thống tưới tiêu nhân tạo cho đất nông nghiệp đã bùng nổ nhờ sự đầu tư của nhà nước và Ngân hàng Thế giới vào các hồ chứa và mạng lưới kênh rạch để đưa nước đến các cánh đồng. Tưới tiêu đã cung cấp nước cho “cuộc cách mạng xanh” với các giống cây trồng mới có năng suất cao nhưng tiêu tốn nhiều nước, giúp nuôi sống một dân số thế giới phát triển nhanh chóng.

Tuy nhiên, nhiều hệ thống đã đạt đến giới hạn của chúng. Các con sông đang bị cạn kiệt, và các khoản đầu tư mới đã khô cạn. Do đó, trong suốt ba thập kỷ qua, hàng trăm triệu nông dân ở các vùng khô cằn từ Mexico đến Trung Đông và Nam Á đã chuyển sang lấy nước từ dưới lòng đất.

Các giếng khoan được khoan vào các lớp đá chứa nước có thể giữ nước hiện nay cung cấp 43% lượng nước tưới tiêu của thế giới, theo một nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới vào năm ngoái. Tưới tiêu chiếm khoảng 70% lượng nước ngầm rút ra toàn cầu, với tổng lượng hơn 200 dặm khối nước mỗi năm. Điều này vượt quá lượng nước bổ sung từ mưa gần 70 dặm khối mỗi năm.

Việc theo dõi các nguồn nước ngầm cá nhân là rất hạn chế. Chúng thường không được chú ý đến. Tuy nhiên, một nghiên cứu dữ liệu lịch sử từ các giếng giám sát ở 1.700 tầng chứa nước ở 40 quốc gia, được công bố vào tháng 1, cho thấy sự giảm sút “nhanh chóng và gia tăng” trong các tầng nước ngầm là rất phổ biến.

Scott Jasechko, một nhà thủy văn học tại Đại học California, Santa Barbara, phát hiện rằng mực nước ngầm đã giảm từ 3 feet trở lên mỗi năm ở Ấn Độ, Iran, Afghanistan, Tây Ban Nha, Mexico, Mỹ, Chile, Ả Rập Saudi và các quốc gia khác.

Những hậu quả của việc này đối với tương lai là rất sâu sắc. “Sự cạn kiệt nước ngầm đang trở thành mối đe dọa toàn cầu đối với an ninh lương thực, nhưng … vẫn chưa được lượng hóa đầy đủ,” Meha Jain, người nghiên cứu tính bền vững của các hệ thống nông nghiệp tại Đại học Michigan, cho biết. Nhưng thay vì kêu gọi ngừng rút nước ngầm, các nhà hoạch định chính sách lại gia tăng việc thúc đẩy năng lượng mặt trời như một phương tiện để cung cấp nhiều nước ngầm hơn và rẻ hơn cho các cánh đồng.

Cuộc cách mạng năng lượng mặt trời ở các trang trại diễn ra với những ý định tốt đẹp và sử dụng một công nghệ được coi là có lợi cho môi trường. Nông dân rất thích thú với việc máy bơm năng lượng mặt trời của họ không yêu cầu nhiên liệu diesel đắt tiền và ô nhiễm hay kết nối lưới điện. Một khi được lắp đặt, chúng có thể hoạt động suốt cả ngày mà không tốn phí, trồng thêm nhiều cây trồng lương thực, hoặc cho phép chủ sở hữu mở rộng kinh doanh của họ—trồng các loại cây trồng tốn nhiều nước, hoặc kiếm thu nhập từ việc bán nước dư thừa cho các nông dân láng giềng. Nhiều nông dân cũng giữ lại các máy bơm diesel hoặc điện của mình để tiếp tục bơm khi mặt trời lặn.

Các cơ quan phát triển và chính phủ cũng rất tích cực. Họ trợ cấp cho máy bơm năng lượng mặt trời để tăng sản lượng lương thực, giảm nghèo, cắt giảm khí thải từ nhiên liệu hóa thạch và giảm bớt sự quá tải của các lưới điện đang gặp khó khăn. Tuy nhiên, nhược điểm lâu dài của cuộc cách mạng năng lượng mặt trời này đang hiện rõ.

Khủng hoảng này đặc biệt rõ nét ở Ấn Độ. Quốc gia đông dân nhất thế giới “đang đứng trước ngưỡng cửa của một cuộc cách mạng trong việc áp dụng máy bơm năng lượng mặt trời,” Tushaar Shah, một nhà kinh tế nước tại Viện Quản lý Nước Quốc tế, cho biết. Chính phủ dự định tăng số lượng máy bơm năng lượng mặt trời lên hơn mười lần, đạt 3,5 triệu máy vào năm 2026.

Ấn Độ hiện là quốc gia tiêu thụ nước ngầm lớn nhất thế giới, với mỗi năm nông dân bơm khoảng 50 dặm khối nước vào các cánh đồng, nhiều hơn lượng nước mưa có thể bổ sung. Nếu không kiểm soát, Shah cho biết, năng lượng mặt trời sẽ làm tình hình tồi tệ hơn.

Châu Phi cận Sahara có thể sớm đi theo con đường này. Nước ngầm nông đang có mặt dưới các cánh đồng ở nhiều nơi trên khắp châu lục. Nhưng chi phí mua nhiên liệu diesel là quá cao đối với nhiều nông dân, và phần lớn các khu vực nông thôn không có kết nối với lưới điện. Vì vậy, sự xuất hiện của các máy bơm năng lượng mặt trời độc lập là “một bước ngoặt đối với các trang trại quy mô nhỏ” ở châu Phi cận Sahara, Giacomo Falchetta, một nhà kinh tế năng lượng và môi trường tại Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế ở Áo cho biết.

Hiện nay, có khoảng nửa triệu máy bơm năng lượng mặt trời tưới nước cho các cánh đồng ở khu vực này. Nhưng Falchetta tính toán rằng trong tương lai, có thể triển khai thêm 11 triệu máy để tưới 135 triệu mẫu đất hiện nay đang phụ thuộc vào mưa—khu vực có diện tích bằng Pháp. Những máy bơm này có thể cung cấp một phần ba nhu cầu nước chưa được đáp ứng của các nông dân nhỏ, những người sản xuất phần lớn lương thực ở Châu Phi cận Sahara.

Điều cản trở chính khiến nông dân không thể tiếp cận nguồn nước miễn phí dưới chân mình là chi phí đầu tư vào thiết bị, thường chiếm tới một năm thu nhập của nông dân. Nhưng điều này có thể sẽ thay đổi, khi chi phí giảm xuống.

“Tiềm năng ở Châu Phi là rất lớn,” Claudia Ringler, một chuyên gia nước tại Viện Chính sách Lương thực Quốc tế ở Washington, DC cho biết. “Năng lượng mặt trời là một công nghệ đột phá. Các rào cản sẽ ngày càng được vượt qua, và nó sẽ thay đổi tưới tiêu nông nghiệp.”

Falchetta cho rằng các loại cây trồng có giá trị kinh tế cao và yêu cầu nhiều nước sẽ hưởng lợi nhiều nhất từ lượng nước bổ sung mà các máy bơm năng lượng mặt trời mang lại. Nhưng điều này cũng cảnh báo những nguy cơ. Ngay cả những sự suy giảm nhỏ về mực nước trong các tầng nước ngầm nông của châu lục này cũng có thể làm khô cạn các giếng nước nuôi sống hàng triệu người nghèo, cảnh báo Ngân hàng Thế giới.

Những sự suy giảm này cũng có thể phá hủy các hệ sinh thái thủy sinh dựa vào nước ngầm nông, bao gồm các vùng đất ngập nước và sông ngòi mà hàng triệu người châu Phi phụ thuộc vào để lấy cá và các nguồn tài nguyên khác.

Việc khai thác quá mức nước ngầm, theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, là “một bi kịch điển hình của tài nguyên chung—với những tác động gia tăng không đồng đều, ảnh hưởng nhiều nhất đến những người dễ bị tổn thương nhất.” Tuy nhiên, ngân hàng, cùng với Ngân hàng Phát triển Châu Phi, vẫn đang tài trợ cho các dự án máy bơm năng lượng mặt trời độc lập ở Togo, Niger và các nơi khác trên khắp châu lục.

Tại nhiều nơi, tuy nhiên, nông dân có thể không thể chờ đợi các dự án trợ cấp hoặc viện trợ để áp dụng các máy bơm năng lượng mặt trời. Họ gần như không có lựa chọn nào khác nếu muốn tiếp tục trồng trọt khi các phương thức bơm nước khác thất bại.

Điều này chắc chắn đúng ở Yemen, tại khu vực phía nam bán đảo Ả Rập, nơi các cánh đồng sa mạc gần đây đã có một diện mạo mới. Các hình ảnh vệ tinh cho thấy khoảng 100.000 tấm pin năng lượng mặt trời đang lấp lánh dưới ánh mặt trời, bao quanh bởi những cánh đồng xanh. Được kết nối với các máy bơm nước, những tấm pin này cung cấp năng lượng miễn phí cho nông dân để bơm nước từ các tầng nước ngầm cổ xưa. Họ đang tưới các cây khat, một loại cây bụi có lá gây kích thích, là sự lựa chọn của nhiều triệu người đàn ông Yemen.

Đối với những nông dân này, cuộc cách mạng tưới tiêu năng lượng mặt trời ở Yemen là một giải pháp cần thiết. Hầu hết các cây trồng chỉ có thể phát triển nếu được tưới nước, và cuộc chiến tranh dài đằng đẵng của đất nước đã phá hủy lưới điện và làm giá nhiên liệu diesel để bơm nước trở nên đắt đỏ và không ổn định. Vì vậy, họ đang chuyển sang năng lượng mặt trời để duy trì sản lượng.

Tuy nhiên, tình trạng này khiến các tầng nước ngầm vốn đang bị khai thác quá mức càng trở nên cạn kiệt. Nếu Yemen tiếp tục sử dụng nước ngầm ở tốc độ hiện tại, những gì đang xảy ra ở Rajasthan có thể trở thành tương lai của khu vực.

Khi máy bơm năng lượng mặt trời không còn có thể bơm nước lên từ các tầng chứa nước cạn kiệt, cuộc cách mạng tưới tiêu mặt trời có thể trở thành một thảm họa.