Evaluating national machine-learning predictions of household biogas use across time and local contexts in Nepal

في التلال والوديان في نيبال، قضت ملايين الأسر عقودًا وهي تحاول الابتعاد عن الطهي باستخدام الدخان والسخام. فلعصور مضت، اعتمدت العائلات على حرق الخشب، أو بقايا المحاصيل، أو روث الحيوانات، وهي ممارسة تضر بالصحة وتستنزف الغابات. وللمساعدة، أمضت الحكومة ومجموعات دولية سنوات في تركيب محطات الغاز الحيوي (البيوغاز). هذه الأنظمة تأخذ فضلات الحيوانات وتحولها إلى غاز نظيف للطهي، مقدمةً وعدًا بحياة أنظف وأكثر صحة. لكن وجود موقد نظيف في الفناء لا يضمن وجود نار نظيفة في المطبخ؛ فقد تقوم العائلات بتركيب التكنولوجيا ولكنها تتوقف عن استخدامها إذا افتقرت إلى الماء، أو إذا نفدت الفضلات من الحيوانات، أو إذا تعطلت الآلة ولم يجد أحد من يصلحها. هذه الفجوة بين امتلاك التكنولوجيا واستخدامها الفعلي هي اللغز المركزي لأي شخص يحاول فهم كيف تعمل عمليات التحول في مجال الطاقة حقًا.

ولتتبع هذا التقدم، غالبًا ما يعتمد الباحثون على مسوح وطنية شاملة تسأل آلاف الأسر عن أنواع الوقود التي يستخدمونها. وفي السنوات الأخيرة، بدأ العلماء في استخدام برامج حاسوبية قوية، تُعرف بالتعلم الآلي، لتحليل هذه المسوحات. تبحث هذه البرامج عن أنماط في البيانات للتنبؤ بالأسر التي من المرجح أن تستخدم الغاز الحيوي. والأمل هو أن تعمل هذه التنبؤات كخريطة، توضح للمسؤولين الأماكن التي ينجح فيها التحول الطاقي والأماكن التي يتعثر فيها. ومع ذلك، فإن الخريطة المرسومة لبلد بأكمله قد لا تناسب قرية معينة، والخريطة المرسومة لسنة واحدة قد لا تناسب السنة التالية. والسؤال هو ما إذا كانت هذه النماذج الحاسوبية الوطنية تظل مفيدة عند تطبيقها في أماكن مختلفة أو أوقات مختلفة، أم أنها ستصبح مجرد تخمينات عفا عليها الزمن.

لقد وضع فريق من الباحثين هدفًا لاختبار هذا الأمر تحديدًا. فقد أخذوا نماذج التعلم الآلي المبنية من البيانات الوطنية في نيبال وحاولوا استخدامها للتنبؤ باستخدام الغاز الحيوي في منطقة محلية محددة، وهي وادي تشيتوان، عبر عدة سنوات مختلفة. أرادوا معرفة ما إذا كانت النماذج لا تزال قادرة على التمييز بين الأسر التي ستستخدم الغاز الحيوي وتلك التي لن تستخدمه، حتى مع مرور الوقت وتغير الوضع المحلي. كما أرادوا معرفة ما إذا كانت النماذج تعامل المجموعات الاجتماعية المختلفة بإنصاف، أو ما إذا كانت تخطئ باستمرار في حق مجتمعات معينة.

جمع الباحثون بيانات من ثلاثة مسوح وطنية أجريت في عام 2011 و2016 و2022، والتي غطت البلاد بأكملها. ثم قارنوا هذه التنبؤات الوطنية مقابل مسوح مستقلة أجروها بأنفسهم في وادي تشيتوان في أعوام 2014 و2017 و2023. ولجعل الاختبار عادلاً، استخدموا فقط المعلومات التي كانت متاحة قبل كل مسح محلي. فعلى سبيل المثال، عند التنبؤ للمسح المحلي لعام 2014، استخدموا فقط البيانات الوطنية من عام 2011. وقد ضمن ذلك اختبار مدى صمود النماذج بمرور الوقت، بدلاً من مجرد تكرار ما يعرفونه بالفعل.

كشفت النتة عن انقسام مثير للاهتمام في كيفية أداء هذه النماذج. فعندما نظر الباحثون في قدرة النماذج على تصنيف الأسر بشكل صحيح — أي تحديد العائلات الأكثر احتمالية لاستخدام الغاز الحيوي من غيرها — ظلت النماذج قوية بشكل مفاجئ. فحتى بعد سنوات، كانت البرامج الحاسوبية لا تزال جيدة في رصد الأسر التي لديها فرصة أعلى لاستخدام هذه التكنولوجيا. ومع ذلك، عندما نظر الباحثون في الأرقام الفعلية، أصبحت النماذج أقل دقة؛ حيث استمرت النماذج في التنبؤ بأن عددًا أكبر من العائلات سيستخدم الغاز الحيوي مما يحدث في الواقع. ومع مرور الوقت، اتسعت الفجوة بين ما تنبأت به النماذج وما لوحظ في الحياة الواقعية. وفي المقابل الأخير، تنبأت النماذج بأن ما يقرب من ثلاثة بالمائة من الأسر ستستخدم الغاز الحيوي كوقود رئيسي، بينما كان العدد الفعلي حوالي واحد بالمائة فقط.

أصبح هذا التباين أكثر وضوحًا عندما نظر الباحثون في المراحل المختلفة لاستخدام الغاز الحيوي. إن تركيب المحطة هو مجرد الخطوة الأولى؛ فقد تكون المحطة نشطة لمدة عام، ثم تتوقف عن العمل، أو قد تستخدم العائلة الغاز أحيانًا، أو قد تستخدمه كوقود أساسي لها. كانت النماذج الوطنية مصممة للتنبؤ بالمرحلة الأكثر تقدمًا: استخدام الغاز الحيوي كوقود أساسي للطهي. وعندما قارن الباحثون هذه التنبؤات بالبيانات المحلية، وجدوا أن النماذج تعمل بشكل أفضل عند النظر إلى تلك المرحلة المتقدمة المحددة. ولكن عندما نظروا إلى مراحل أبسط، مثل مجرد امتلاك محطة، بالغت النماذج كثيرًا في تقدير عدد العائلات التي تستخدم التكنولوجيا فعليًا. ففي عام 2023، على سبيل المثال، بينما كانت ثلاث عشرة بالمائة من الأسر تمتلك محطة، أفادت ست بالمائة فقط بأنها تعمل، وأقل من ثلاث بالمائة استخدمتها كوقود أساسي. لم تستطع النماذج، المدربة على الهدف الوطني المتمثل في الاستخدام الأساسي، أن تترجم ذلك النجاح بسهولة إلى الواقع الفوضوي للاستخدام الجزئي أو المعدات المعطلة.

كما كشفت الدراسة عن اختلافات مهمة بناءً على الهوية الاجتماعية. في نيبال، يتشكل المجتمع وفق نظام الطبقات (كاست)، وهو نظام حدد تاريخيًا الوصول إلى الموارد والفرص. وعندما قارن الباحثون تنبؤات النموذج بالنتائج الفعلية لمختلف المجموعات الطبقية، وجدوا نمطًا ثابتًا من نقص التنبؤ للمجتمعات المهمشة. وتحديدًا، كانت الأسر من طبقة "داليت"، الذين واجهوا تمييزًا طويل الأمد، أقل عرضة لاستخدام الغاز الحيوي مما توقعت النماções الوطنية. لقد فشلت النماذج، المبنية على المتوسطات الوطنية العامة، في مراعاة العوائق المحددة التي تواجه هذه العائلات. وفي المقابل، لم تظهر النماذج نفس النوع من الفجوة بالنسبة للأسر المشاركة في مجموعات الغابات المجتمعية، مما يشير إلى أنه بينما كان الوضع الاجتماعي عاملًا رئيسيًا في خطأ التنبؤ، فإن العضوية المؤسسية المحلية كانت أقل تأثيرًا في هذا السياق المحدد.

خلص الباحثون إلى أن هذه النماذج الوطنية لا ينبغي معاملتها كتوقعات ثابتة تخبرنا بالضبط عدد الأشخاص الذين سيستخدمون الغاز الحيوي في عام معين، بل يجب النظر إليها كمعايير مرجعية تكيفية. فهي أدوات مفيدة لرصد الاختلافات النسبية — أي إخبارنا أي الأسر أكثر احتمالية لتبني التكنولوجيا من غيرها — لكنها تنحرف عندما يتعلق الأمر بالتنبؤ بالأرقام الدقيقة. وتقترح الدراسة أنه لفهم التحول الطاقي حقًا، يحتاج المسؤولون إلى التحقق المتكرر من هذه التنبؤات الوطنية مقابل الحقائق المحلية. ومن خلال القيام بذلك، يمكنهم تحديد مواضع فشل النماذج، مثل حالات معينة في المجموعات الاجتماعية أو في مراحل محددة من استخدام التكنولوجيا، وتوجيه دعمهم حيث تشتد الحاجة إليه.

وفي الختام، يظهر العمل أنه بينما يمكن تقديم التكنولوجيا للأسرة، فإن الحفاظ على تشغيلها يتطلب فهمًا أعمق للحياة المحلية. يمكن للبرنامج الحاسوبي أن يخبرك من المرجح أن يستخدم محطة الغاز الحيوي، لكنه لا يستطيع بسهولة رؤية المضخة المعطلة، أو نقص المياه، أو العوائق الاجتماعية التي تمنع الأسرة من استخدامه. إن الطريق نحو مستقبل طاقة نظيفة في نيبال، وربما في أماكن أخرى، لا يكمن فقط في تركيب المزيد من المواقد، بل في إعادة تقييم تنبؤاتنا باستمرار لضمان أنها تعكس الحياة المعقدة والمتغيرة للناس الذين وُجدت من أجل خدمتهم.