Solenergi-drevet afsaltning – Løsning på vandknaphed for 2.2B mennesker

Vandknaphed er et alvorligt globalt problem. Ifølge de oplysninger, som FN’s miljøprogram fremlagde i den citerede artikel, oplever omkring halvdelen af verdens befolkning, omtrent fire milliarder mennesker, vandknaphed mindst én måned om året.

Artiklen henviste desuden til en ældre FAO-fremskrivning om, at 1,8 milliarder mennesker kunne leve med absolut vandknaphed i 2025. Det var en prognose, ikke en efterfølgende opgørelse over det faktiske antal.

At tackle et så enormt og altomfattende problem kræver innovative løsninger, løsninger der bruger uudforskede eller underudnyttede ressourcer.

Afsaltning af havvand kan supplere ferskvandsforsyningen, især i kystområder, men kræver energi og håndtering af koncentreret saltlage. Processen kan drives med vedvarende energi, eksempelvis solenergi.

En energieffektiv forsøgsanordning til afsaltning med solenergi

Omvendt osmose adskiller salt fra vand ved at presse vand gennem membraner. Tilsmudsning og udfældninger kan reducere ydelsen og kræve rengøring, men gør ikke alle kommercielle anlæg uegnede til kontinuerlig drift. Energiforbrug og vedligeholdelse afhænger af anlæg og vandkvalitet.

I 2024 præsenterede forskere fra University of Waterloo en løsning inspireret af vandkredsløbet i naturen og af den måde, planter transporterer vand på.

Ifølge Dr. Michael Tam, en professor i Waterloos afdeling for kemisk ingeniørvidenskab:

«Vores inspiration kommer fra at observere, hvordan naturen opretholder sig selv, og den måde vand fordamper og kondenserer i miljøet på.»

Konstruktionen sigter mod at begrænse saltophobning og dermed vedligeholdelse. At den er inspireret af naturen, dokumenterer ikke i sig selv, at den næsten er vedligeholdelsesfri.

Vand føres frem til en opvarmet fordampningsoverflade, hvorefter dampen kondenseres til ferskvand. Saltet bliver tilbage i den salte væske, og konstruktionen skal begrænse aflejringer på overfladen.

Enheden udnytter solenergi til fordampning, og forsøgsanordningen opnåede ifølge universitetet en sol-til-fordampningseffektivitet på omkring 93 %. Tallet beskriver udnyttelsen af indfaldende solenergi, ikke omdannelse af selve solen eller en elvirkningsgrad.

Universitetet beskrev effektiviteten som omkring fem gange højere end ved de teknologier, det sammenlignede med, og en produktion på cirka 20 liter ferskvand pr. kvadratmeter pr. dag. Det er ikke en generel dokumentation for fem gange bedre ydelse end alle kommercielle afsaltningsanlæg.

Omkring 20 liter pr. person pr. dag blev brugt som sammenligning for basale drikke- og hygiejnebehov. Det er ikke et anbefalet indtag på 20 liter drikkevand eller et mål for alle husholdningsbehov.

Forskerne anvendte nikkelskum som underlag. Det blev belagt med en elektrisk ledende polymer og temperaturfølsomme pollenpartikler for at absorbere sollys og understøtte fordampningen.

Vand transporteres til fordampningsoverfladen ved kapillærvirkning, inspireret af vandtransport i planter.
Når vandet fordamper, bliver saltet i den resterende væske. Det fordamper ikke sammen med vandet, og konstruktionen skal forhindre ophobning på fordampningsoverfladen.

Den kompakte konstruktion kan muligvis anvendes i fjerntliggende kyst- og øsamfund. Praktisk udbredelse kræver dog yderligere afprøvning og vurdering af produktion, holdbarhed og omkostninger.

Yuning Li, professor ved Waterloos institut for kemiteknik, beskrev potentialet således:

«Denne nye enhed er ikke kun effektiv, men også bærbar, hvilket gør den ideel til brug i fjerntliggende områder, hvor adgangen til ferskvand er begrænset.» 

For at uddybe de potentielle fordele yderligere sagde Dr. Michael Tam følgende:

«Hvis testen viser sig at være vellykket, kan teknologien bæredygtigt levere frisk vand til kystsamfund og fremme FN’s bæredygtige udviklingsmål tre, seks, ti og tolv.»

Mens den ovennævnte forskning har givet stort håb i det videnskabelige samfund og blandt dem, der arbejder mod bæredygtige ferskvandsløsninger, har andre forskere også arbejdet på området.

Et andet eksempel er den bærbare afsaltningsprototype, som MIT-forskere præsenterede i 2022.

Klik her for at læse om solenergiens udvikling.

En bærbar afsaltningsenhed til at producere klart, rent drikkevand

I april 2022 udviklede MIT-forskere en bærbar afsaltningsenhed, som vejede under 10 kg og var omtrent på størrelse med en kuffert. Den kunne forsynes fra et lille solpanel, der ifølge MIT kunne købes for omkring 50 amerikanske dollar. Beløbet var prisen på solpanelet, ikke afsaltningsenheden. Prototypen anvendte elektriske processer frem for et konventionelt udskifteligt vandfilter.

Ionkoncentrationspolariseringsteknik, der gør enheden filterfri

Ionkoncentrationspolarisering, ICP, anvender elektriske felter og ionselektive membraner til at lede ladede partikler væk fra vandstrømmen. Filterfri betyder derfor ikke membranfri. Et efterfølgende elektrodialysetrin fjernede resterende saltioner.

Maskinlæring hjalp forskerne med at vælge kombinationen: seks ICP-moduler i første trin, tre i andet trin og derefter ét elektrodialysetrin. Systemet havde altså ikke blot seks moduler i alt.

Forskerne udviklede betjening med én knap, så afsaltning og rensning kunne startes automatisk. Der var tale om en prototype, ikke en almindelig markedslancering.

Enheden overvågede saltniveau og partikler. En smartphone-app gav trådløs adgang til styring og oplysninger om blandt andet strømforbrug og saltindhold.

Finansieret delvist af DEVCOM Soldier Center, Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), Experimental AI Postdoc Fellowship Program ved Northeastern University og Roux AI Institute, leverede forskningen tilfredsstillende resultater.

Ved afprøvning på Carson Beach i Boston fremstillede prototypen ifølge MIT vand, der opfyldte de relevante WHO-kvalitetskrav. Mængden af suspenderet materiale blev reduceret mindst ti gange. Produktionen var cirka 0,3 liter i timen med et energiforbrug på 20 Wh pr. liter. En enkelt forsøgsdemonstration dokumenterer ikke automatisk alle forhold ved langvarig drift.

Ved at uddybe den banebrydende karakter af eksperimentet sagde seniorforfatter Jongyoon Han, professor i elektroteknik og datalogi samt biologisk ingeniørvidenskab og medlem af Research Laboratory of Electronics (RLE):

«Dette er virkelig kulminationen af en 10‑årig rejse, som jeg og mit hold har været på. Vi har i årevis arbejdet med fysikken bag individuelle afsaltningsprocesser, men at samle alle disse fremskridt i en boks, bygge et system og demonstrere det i havet, var en virkelig meningsfuld og givende oplevelse for mig.»

Ud over universitetsprojekterne findes virksomheder, der designer, bygger og driver afsaltningsanlæg i kommerciel skala. Her er to eksempler.

#1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ: CWCO)

Consolidated Water tilbyder projektering og opførelse af anlæg til afsaltning af havvand ved omvendt osmose, samt installation, udvidelse og modernisering.

Gennem DesalCo leverer koncernen tekniske, indkøbs- og ledelsesydelser til afsaltningsanlæg. Selskabet beskriver DesalCo som anerkendt af leverandører som producent af komplette havvandsanlæg baseret på omvendt osmose.

Teknologisk anerkender virksomheden to hovedmetoder til afsaltning:

(i) Termisk destillation (ii) Membranseparation.

Consolidated Water anvender især omvendt osmose til brakvand og havvand. Saltvandet sættes under tryk, så vand passerer gennem en semipermeabel membran, mens hovedparten af de opløste salte tilbageholdes. Energibehovet er ofte lavere end ved termisk destillation, men afhænger af forholdene.

Consolidated Waters Blue Hills-anlæg (CWCO ) ligger i Nassau på New Providence i Bahamas. Det begyndte driften i juli 2006 med en mindre kapacitet, der senere blev udvidet til 12 millioner amerikanske gallon om dagen, omtrent 45.400 m³.

I 2023 fuldførte virksomheden opkøbet af de resterende 39 % af ejerskabet i PERC Water Corporation (“PERC”) for at blive 100 % ejer af dette datterselskab, som designer, konstruerer, driver og administrerer vandinfrastrukturfaciliteter i det sydvestlige USA. 

I samme år blev PERC tildelt en ny kontrakt på 204 millioner amerikanske dollar om at projektere, bygge og drive et nyt afsaltningsanlæg i Honolulu, Hawaii.

I den beskrevne periode producerede koncernens detailvirksomhed på Grand Cayman drikkevand ved tre havvandsanlæg med omvendt osmose: to ved Abel Castillo Water Works og ét ved West Bay.

De oplyste kapaciteter var samlet 3 millioner amerikanske gallon om dagen ved Abel Castillo Water Works og 1 million ved West Bay. Det svarer til cirka 11.400 og 3.800 m³ om dagen.

I 2023 var omsætningen 180,2 millioner amerikanske dollar mod 94,1 millioner i 2022. Nettoresultatet og den udvandede indtjening pr. aktie fra fortsættende aktiviteter var henholdsvis 30,7 millioner dollar og 1,93 dollar. Den nævnte aktiekurs på 38,29 dollar i november 2023 er historisk, ikke en aktuel kurs.

#2. Veolia 

Virksomheden ser afsaltning som en nøgleløsning til at bekæmpe vandknaphed. Veolia oplyser, at virksomheden har leveret hundredvis af anlæg og systemer til kommunale og industrielle kunder. Blandt de projekter, der blev fremhævet omkring 2024, var Al Dur 2 i Bahrain, Rabigh 3 i Saudi-Arabien og Umm Al Quwain i De Forenede Arabiske Emirater.

Veolia har deltaget i opførelse og drift af havvandsanlægget med omvendt osmose i Sur i Oman siden 2007. Det beskrives som forsyning til over 600.000 mennesker. Koncernen leverer også afsaltningsanlæg til industrien.

Veolias Barrel-teknologi er et kompakt modulært system til omvendt osmose. Ifølge virksomheden skal standardiserede moduler lette installationen, mens sensorer understøtter fjernovervågning. Det er produktbeskrivelser, ikke garantier for samme resultat i alle projekter.

Veolia, ud over sine direkte afsaltningsløsninger, hjælper også sine kunder med en kombination af digitale værktøjer og ekspertise, der gør processerne smartere, sikrere og mere bæredygtige.

Virksomheden tilbyder kundetilpasset vandbehandling, mobile anlæg til midlertidige eller længerevarende behov samt kemiske behandlingsprodukter, herunder HYDREX. Ydelserne sigter mod at støtte drift og vedligeholdelse af vandanlæg.

Veolia (OTC: VEOVY) havde i første halvår 2024 ifølge selskabets regnskabspræsentation en omsætning på 22,141 milliarder euro mod 22,755 milliarder i første halvår 2023. Den rapporterede omsætning faldt, mens den organiske udvikling justeret for blandt andet energipriser var positiv. Omkring 8,8 milliarder euro vedrørte vandforretningen; de øvrige hovedområder var affald og energi.

Den stigende betydning af afsaltning

Afsaltning bidrager allerede væsentligt til vandforsyningen. I de branchetal, som artiklen henviste til, var den samlede kontraherede kapacitet over 100 millioner m³ om dagen, og omkring 60 % var rettet mod husholdningers vandforsyning. Kontraheret kapacitet er ikke nødvendigvis faktisk daglig produktion. Skønnet på omkring 300 millioner afhængige mennesker og landenes andele varierer med år og definition; drikkevandsforsyning skal ikke forveksles med alt vandforbrug.

Den geografiske fordeling er ujævn. I den citerede kapacitetsopgørelse for 2022 stod Mellemøsten og Nordamerika tilsammen for mere end 70 % af den globale kapacitet, heraf omkring 53 % i Mellemøsten. Tallene afhænger af opgørelsens afgrænsning og er ikke en nutidig optælling.

Den daværende europæiske oversigt omtalte over 21.000 afsaltningsanlæg i 2022. Tallet bør ikke uden videre beskrives som udelukkende havvandsanlæg, da afsaltning også omfatter brakvand og andre vandkilder. De citerede globale størrelsesordener var omkring 99 millioner m³ afsaltet vand og over 150 millioner m³ koncentreret saltlage om dagen. Saltindhold og temperatur i reststrømmen varierer med råvand og teknologi; 60 g/l eller en bestemt temperaturstigning er ikke universelle værdier.

Videre forskning bør reducere energiforbrug og miljøpåvirkning, herunder fra vandindtag og udledning af koncentreret saltlage. Solenergi kan mindske driftsudledningerne. Næsten fuldstændig vandgenvinding er ikke en forudsætning for alle anlæg, og den kan kræve ekstra energi og håndtering af faste salte; den gør ikke automatisk processen miljømæssigt uskadelig.

Transport og distribution kan også gøre vandet tilgængeligt længere inde i landet. Rørledninger, energiforbrug, terræn og omkostninger afgør dog, hvor praktisk det er.

Klik her for at lære, hvordan solenergi kan hjælpe med at levere rent vand i tørre regioner.