В областта на изследванията, свързани с безопасността на изкуствения интелект, се разглеждат различни теоретични модели за излизане на автономните системи извън контрола на операторите. Един от проучваните сценарии е ситуацията на несъответствие на целите (AI misalignment), при която сложна оптимизационна система, в рамките на изпълнението на вътрешна задача, деактивира външни инженерни вериги. Теоретично най-уязвимата среда за такова въздействие е централизираната енергийна инфраструктура: управлението на производството на електроенергия, маршрутизирането на натоварванията и автоматиката на разпределителните подстанции.
При възникване на мащабна десинхронизация в енергийните системи основното внимание на аналитиците се насочва към градската среда. Само че в приложно отношение най-голямо значение има агропромишленият комплекс. Съвременното производство на хранителни продукти разчита на непрекъснато потребление на електроенергия и въглеводородни суровини.
Изследователски групи, сред които Институтът за изследване на бъдещето на човечеството и Алиансът за осигуряване на храна за Земята при бедствия (ALLFED), разработват модели за преодоляване на такива системни сривове. Изчисленията показват, че дори при пълно прекъсване на централизираното енергоснабдяване, наличните количества биомаса са достатъчни за поддържане на баланса на хранителните вещества в хранителния режим на населението.
Фермерско стопанство, свободна интерпретация
За целта е необходима структурна реорганизация на процесите по разпределение на ресурсите и въвеждане на технологии за синтез на храна, които не изискват големи капиталовложения.
Анализ на технологичните зависимости в индустриалния аграрен секторСъвременното селско стопанство представлява индустриална верига с високо ниво на специализация. Прекъсването на външното захранване задейства последователно прекратяване на работните цикли в строго определен ред.
1. Факторът гориво и брой на животнитеПомпените агрегати в петролните бази за разтоварване и бензиностанциите работят с електрическа енергия. Изчерпването на локалните запаси от дизелово гориво в селскостопанските предприятия води до преустановяване на механизираните полеви работи за период от няколко дни до две седмици.
В промишленото животновъдство и птицевъдство от затворен тип определящ фактор е механичната вентилация. При изключването ѝ естественият въздухообмен не осигурява отстраняването на излишната топлина, въглеродния диоксид и амонячните съединения. Прекратяването на работата на аспираторите и автоматичните поилки прави невъзможно запазването на животните при условия на висока гъстота на отглеждане.
Същевременно се нарушава хладилната верига. При липса на хладилно снабдяване суровото мляко, месото и пресните плодове и зеленчуци се подлагат на биологично разваляне в рамките на 48–72 часа.
2. Ограничения в хидромелиорацията и съхранението на зърнени културиВ регионите със сух климат растениевъдството се основава на принудително подаване на вода чрез електрически помпени станции. При изключване на помпите обемът на вегетацията се запазва единствено на площите с естествено ниво на валежите или с гравитационна хидрографска мрежа.
Следващият етап от производствения цикъл е стабилизирането на влажността на събраното зърно. Зърнените култури и царевицата често се събират с повишено съдържание на влага. В елеваторите зърното се проветрява с нагрят въздух с помощта на електрически вентилатори. Без принудителна вентилация и сушене в органичната маса се развиват микроскопични гъбички, произвеждащи микотоксини. Наличието на тези съединения изключва използването на суровината за хранителни цели.
3. Прекратяване на синтеза на минерален азот
Основното влияние върху баланса на растителната маса се проявява в рамките на следващия сеитбен цикъл поради спирането на химическите предприятия.
Синтезът на амоняк по метода на Габер-Бош изисква поддържане на температура около 500 °C, налягане от стотици атмосфери и стабилен приток на природен газ за получаване на водород. Този промишлен процес осигурява суровини за производството на торове, които поддържат настоящото ниво на добив от зърнените култури в целия свят.
Прекратяването на внасянето на синтетични азотни съединения води до намаляване на брутния добив от зърнени култури с 30–50% поради преминаването на растенията към използване на естествените почвени запаси от хранителни вещества.
Прогнозирано намаляване на добива от полски култури след спирането на процеса на Габер-Бош. Диаграмата показва относителната продуктивност на полетата при изчерпване на запасите от синтетични азотни торове. Реколтите от зърнени култури (царевица, пшеница, ориз) спадат с 35–50%, тъй като те зависят критично от индустриалната селитра. Соята и бобовите култури запазват до 95% от добива си благодарение на симбиотичните бактерии по корените, способни да фиксират азот директно от въздуха
4. Забавяне на преработката и децентрализация на пазарите
Полевите култури и добитъкът на пасищата изискват промишлена преработка: работата на електрически мелници, кланици, линии за опаковане и консервиране. При липса на енергия първичната селскостопанска суровина не може да бъде превърната в потребителски хранителни продукти в промишлени обеми.
Изключването на автоматизираните системи за управление на железопътния транспорт и системите за безкасови разплащания фрагментира националните пазари на храни на изолирани локални зони.
Допълнителна сложност създава използването на хибридни семена от първо поколение. Получаването на стабилна реколта от такива култури изисква ежегодно закупуване на семенен материал от селекционни центрове. Засяването на семена, събрани от хибридни растения, води до генетично раздробяване на признаците и спад в производителността на нивите.
Осемте направления за адаптиране на продоволствения балансЗа поддържане на калорийния баланс в условия на енергиен дефицит производствените вериги ще преминат от критерии за търговска ефективност към принципи за минимизиране на трофичните загуби (загубите по хранителната верига).
1. Промяна в баланса на разпределението на зърнените културиСелскостопанските животни използват преобладаващата част от енергията на фуража за поддържане на основния метаболизъм и терморегулацията. При преработката на растителна суровина в животински продукти се губят до 90% от първоначалните калории. Преразпределянето на запасите от фуражно зърно (царевица, овес, фуражна пшеница и ечемик) директно в хранителния режим на човека увеличава наличния обем на хранителните вещества още от първите дни на недостига.
Делът на загубите на хранителна енергия при отглеждането на добитък в сравнение с пряката консумация на култури. Диаграмата да показва колко от първоначалните калории на фуража достигат до човека и колко се губят напразно за дишане, движение и поддържане на телесната температура на животните. Производството на говеждо месо разхищава до 96% от енергията на зърното, а това на свинското месо е 88%. Прякото включване на фуражно зърно и бобови култури в хранителния режим на хората напълно елиминира тези междинни загуби и запазва 100% от хранителните вещества
2. Прекратяване на преработката на реколтата за производство на гориво
По-голямата част от засетите с царевица, маслодайни култури и захарна тръстика площи се използват за производството на биоетанол и биодизел. Преустановяването на тези производства и връщането на културите в хранителния сектор ще задоволи основните нужди от въглехидрати и растителни мазнини.
3. Преориентиране на суровините за ферментационните производстваПредприятията за производство на алкохолни продукти консумират значителни количества зърнени и нишестесъдържащи суровини. Изчисленията показват, че обемите на селскостопанските култури, предназначени за тези цели в САЩ, са еквивалентни на годишния обем храна за 425 милиона души. В рамките на адаптивния сценарий това суровина подлежи на съхранение и пряко потребление.
Потенциалът за освобождаване на хранителни ресурси при спешна реорганизация на ресурсите. Диаграмата показва колко души могат да бъдат осигурени с основна годишна дажба чрез пренасочване на вече отглежданите селскостопански култури. Най-мащабният резерв е директното пренасочване на фуражното зърно към човешката храна вместо за отглеждане на добитък (това осигурява храна за 3,6 млрд. души). Спирането на производството на биогорива и алкохол освобождава суровини за още 1,2 млрд. души. (Източник: изчисления на ALLFED въз основа на баланса на световното производство на зърнени култури)
4. Намаляване на загубите на етапите на съхранение и разпределение
В индустриализираните страни загубите на хранителни продукти при разпределението и консумацията достигат 30–40%. Въвеждането на протоколи за нормиране, директно адресно разпределение и най-прости методи за консервиране (сушене на открито, механична изолация, осоляване) намалява общия дефицит, без да се налага използването на допълнителни площи.
5. Преход към отглеждане на бобови културиЗа да се компенсира недостигът на синтетичен азот, структурата на засетите площи се променя в полза на бобовите култури: соя, грах, фасул, леща и люцерна. Кореновата система на тези култури влиза в симбиоза с клубенцовите бактерии от рода Rhizobium, които превръщат молекулярния азот от почвения въздух във форми, усвоими от растенията. Този подход осигурява насищане на почвата с азот по биологичен път.
6. Пълноценно използване на дървесните остатъциСлед прибирането на реколтата остава растителна маса под формата на слама, люспи и стъбла. Дървесната маса не се усвоява от човешкия организъм, само че може да бъде преработена по следните начини:
използване като хранителен субстрат за отглеждане на висококачествени гъби; ферментативна хидролиза за получаване на технически разтвори на прости захари; използване като фураж за преживните животни, способни да преработват грубите влакна благодарение на микрофлората в слюнката. 7. Риболов с използване на ветроходна тягаДефицитът на горива прави невъзможна експлоатацията на големия дизелов риболовен флот. Преоборудването на малките и средните риболовни кораби за използване на вятърна енергия позволява да се извършва крайбрежен улов на риба, безгръбначни и водорасли без разход на въглеводородно гориво.
8. Преобразуване на зоните за отдих и крайградските зониТериториите с тревни площи, декоративни паркове и дворове около жилищните сгради притежават основна почвена плодородност. Преобразуването им за отглеждане на картофи, кореноплодни и соя създава разпределена локална база за снабдяване на населението с растителен протеин и сложни въглехидрати.
Нискоенергийни биотехнологии за синтез на храна
При продължително запазване на сценария за децентрализация изследователите предлагат да се използват методи за получаване на хранителни вещества, които не зависят от състоянието на почвите и интензивността на слънчевата радиация.
Биосинтез на протеин на базата на метан. Метанотрофните бактерии използват метана като единствен източник на въглерод и енергия. В биореакторите се подават природен газ, въздух и минерални соли. Бактериалната биомаса нараства без участието на фотосинтеза. Технологията е била мащабирана през втората половина на XX век (производство на гаприн). Полученият сух прах съдържа 70–75% пълноценен протеин с балансиран аминокиселинен състав. При това природният газ може да се доставя по магистралните мрежи благодарение на естественото пластово налягане на находищата, което изисква минимален разход на електроенергия за работата на помпеното оборудване. Пряко извличане на протеин от зелена маса. Методът се състои в механичното раздробяване на листата на нефуражните растения, изцеждане на сока и последваща термична коагулация на протеиновата фракция при температура 80 °C. Полученият концентрат е подходящ за включване в хранителния режим и не изисква използване на обработваеми площи. Бактериална конверсия на полимерни материали. Лабораторен анализ потвърждава възможността за разграждане на подготвени полимерни фракции чрез специални бактериални култури с последващо получаване на протеиново-витаминна маса.
Концентрацията на чист протеин в алтернативни и традиционни хранителни продукти. Диаграмата сравнява съдържанието на протеин на 100 g продукт. Бактериалната биомаса, отгледана от метан (гаприн), съдържа над 70% пълноценен протеин, което надвишава съдържанието в птичето месо и говеждото месо над три пъти. Прякото извличане на сок от листата дава концентрат със съдържание на протеин над 50%, което позволява да се компенсира недостигът на хранителни вещества без използване на обработваеми площи
Системни изводи
Уязвимостта на продоволствената система спрямо хипотетичните сътресения е разпределена географски неравномерно. Страните с високо ниво на индустриализация, висока зависимост от вноса на торове, хибридни семена и цифрова логистика са изправени пред най-големи трудности при адаптирането. Напротив, регионите, в които преобладава традиционното дребно земеделие, демонстрират по-висока базова устойчивост.
Съвременните обеми на производство на хранителни продукти са резултат от включването на външна енергия в естествените природни цикли. Разбирането на тази връзка позволява своевременно да се изготвят комплексни протоколи за устойчивост: да се съхраняват запаси от нехибридни семена, да се проектират регионални биореакторни мощности и да се разработват схеми за бързо преразпределение на суровинните ресурси, преди да възникне действителен дефицит.