Bæredygtig Desalination – Hvordan Moden Solteknologi Ændrer Vores Tilgang Til Vandkrise

Vand Er Liv

Investorer og teknologer tenderer til at fokusere på de mest værdifulde eller teknisk nyttige naturressourcer og råvarer, såsom guld, sjældne jordarter eller lithium. Dog er en langt enklere ressource nødvendig i massive mængder dagligt for at opretholde vores civilisation: friskt vand.

Mens det bogstaveligt talt falder fra himlen i det meste af verden, er dets tilgængelighed alligevel under alvorligt pres i moderne civilisation, da vi forbruger meget af det til industri, landbrug og menneskelige behov.

Kun 3% af verdens vand er brugbart friskvand, med 97% værende salt (salt grundvand og havvand). Af dette ferskvand er 69% fastholdt i gletsjere og polare iskapper, 30% er grundvand, og kun 1% er overfladevand.

Source: USGS

Som resultat heraf er den eneste tilgængelige vandkilde i mange steder salt. Desalination er mulig, men kræver en enorm mængde energi. Indtil nu er det ofte blevet gjort med fossile brændstoffer, da de fleste desalinationsteknikker er energiintensive og kræver konstant og stabil energitilførsel.

Dette kan ændre sig takket være en ny metode udviklet af MIT-ingeniører og offentliggjort i Nature Water under titlen “Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control.”

Solbaseret Desalination

Ved første øjekast synes solenergi at være den mest logiske energikilde til at drive desalination. Ikke kun er den leveret gratis af solen, men den er også generelt rigeligt til stede i tørre regioner som ørkener, som ofte har brug for desalination allermest.

Med solenergi, der bliver billigere for hver dag, vil den sandsynligvis fortsætte med at vokse som en energikilde, som vi dækkede i vores artikel “The Solar Age—A Bright Future To Mankind.”

Der er stadig et problem – solenergi produceres kun, når solen skinner. Dette betyder, at for at fungere effektivt, ville de fleste solenergidrevne desalinationssystemer behøve at være koblet til et batterisystem, hvilket øger omkostningerne.

Dette er særligt problematisk for nuværende desalinationsteknikker, som omvendt ose, der kræver stabile betingelser og en stabil energitilførsel for at være effektiv. Dette skyldes, at det kræver konstant tryk på osemembranerne.

Dette udelukker enhver lille skala desalination og enhver lavkostmetode, i hvert fald så længe energilagring stadig er dyr. Dette kan ændre sig, som vi diskuterede i “The Future Of Energy Storage—Utility-Scale Batteries Tech“; dog kunne det også være bedre at tilpasse sig den naturlige fluktuation i solenergi, herunder meget korte fluktuationer som skyer, der passerer forbi.

Fleksibel Batch Electrodialyse

MIT-forskerne foretrak denne tilgang. De studerede electrodialyse, en alternativ metode til omvendt ose til desalination. Electrodialyse bruger et elektrisk felt til at trække saltioner ud, mens vand pumpes gennem en stak af ionudvekslingsmembraner.

Source: Nature Water

Til deres nye design oprettede de et modelbaseret kontrolsystem forbundet til sensorer i alle dele af systemet. Det forudsagde den optimale rate, hvormed vand skulle pumpes, og den spænding, der skulle anvendes for at maksimere mængden af salt, der blev trukket ud af vandet.

Ved at gøre dette kunne desalinationssystemet fluktuerer i takt med den solenergi, der produceres i realtid.

Source: Nature Water

I gennemsnit brugte systemet direkte 77 procent af den tilgængelige elektriske energi produceret af solcellerne, hvilket teamet estimerede var 91 procent mere end traditionelt designede sol-drevne electrodialyse-systemer.

Yderligere Forbedring

Den næsten fordoblede rate af solenergiudnyttelse i forhold til tidligere electrodialyse-systemer kunne stadig forbedres med mere regelmæssig optimering og automatisering:

Vi kunne kun beregne hver tre minutter, og i den tid kunne en sky bogstaveligt talt komme forbi og blokere solen.

Systemet kunne sige, ‘Jeg har brug for at køre med denne høje effekt.’ Men noget af denne effekt er pludselig faldet, fordi der er mindre sollys. Så vi måtte erstatte denne effekt med ekstra batterier.”

Amos Winter – Director of the K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center at MIT

Dette var et bevis-for-koncept-arbejde og vil snart blive omdannet til en kommerciel design, da teamet vil lancere et firma baseret på deres teknologi i de kommende måneder.

Dette forskningsprojekt blev også støttet af Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) og Xylem Goulds (XYL ).

Ikke Kun Havvand

Forskningsholdet fokuserede på desalination af brakvand, der findes under jorden i New Mexico. Da mange tørre områders befolkingscentre er langt fra kysten, kan dette være en vigtig vandkilde, der i øjeblikket ikke er tilgængelig på grund af dets saltindhold.

“Majoriteten af befolkningen bor faktisk langt nok fra kysten, så havvandsdesalination aldrig kunne nå dem. De afhænger derfor stærkt af grundvand, især i fjerntliggende, lavindkomstregioner. Og desværre bliver dette grundvand mere og mere salt på grund af klimaforandringer.”

Jonathan Bessette – MIT PhD-student i mekanisk ingeniørvidenskab

Forskningsmodellen var allerede i stand til at levere tilstrækkeligt med frisk vand til, at det kunne forsyne 3.000 mennesker. Det blev opereret i 6 måneder på Brackish Groundwater National Desalination Research Facility i Alamogordo, New Mexico.

Ikke Kun Ørkenområder

Vi tenderer til at tænke på friskvandsmangel og en desperat behov for desalination, der kun forekommer i tørre steder som New Mexico eller Saudi-Arabien. Dog kan “våde” regioner også være berørt. For eksempel, Storbritannien overvejer at importere frisk vand fra Norge under tørke.

Lignende, Canada er blevet ramt af en krise vedrørende frisk og ren vandforsyning, hvilket har ført til en $1,1 milliards sag mod den canadiske regering af mere end 50 First Nations efter en seneste aftale værdi $8 milliarder.

Imens, Taiwans vandmangel trueer den kritiske halvlederindustri, der er kernen i øens økonomi.

Og klimaforandringer kan gøre hver af disse separate kriser værre over tid.

Mange regioner og lavindkomstlande kunne også have glæde af at bruge mere vand, end de gør i øjeblikket, for eksempel til at øge landbrugsafkast, med havvand som en åbenlys kandidat til en ubegrænset forsyning, så længe desalination er billig nok og energi leveres af sommersolen.

Alternativt til desalination, at trække vand ud af tynd luft kunne også være muligt takket være hurtigt forbedrede atmosfæriske vandhøstere.

Investering I Vand

Adgang til rent frisk vand har siden 2010 været anerkendt af FN som en menneskerettighed. Det er en stor industri, vurderet til 323 milliarder dollars i 2023 og forventes at vokse med 7,5% årligt til 2032, hvilket når $617 milliarder.

Det er også en sektor, der har været begrænset af ressourcetilgængelighed og energiomkostninger, noget, der måske bliver mindre kritisk, da solenergi bliver billigere, og nye teknikker til at producere mere vand opstår. Det er, hvis klimaforandringer ikke forårsager kritiske mangler.

Hvis du ikke er interesseret i bestemte vandvirksomheder, kan du også se på vand-ETF’er som Global X Clean Water ETF (AQWA), iShares Global Water UCITS ETF (IH2O) eller Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT), som vil give mere diversificeret eksponering for at udnytte den voksende vandsektor.

Virksomheder, der løser Vandmangel

Xylem Inc.

Sammen med den europæiske Veolia er Xylem en global leder inden for vandrensning, spildevandsbehandling og desalination. Det beskæftiger 23.000+ (heraf 6.000+ ingeniører) mennesker og opererer i 150 lande, med fokus på USA, med 35.000+ direkte industriforbrugere.

Dets primære marked er kommunalt drikkevand og spildevand, men det tilbyder også dedikerede løsninger til andre sektorer som sundhedsvesen, kraft, fødevarer og drikkevarer, olie og gas, mikroelektronik osv.

Source: Xylem

Xylem kan levere de kritiske patenterede dele af udstyr til at rense eller producere vand som ozongeneratore, UV-lamper, desalinationsmembraner, ultra-rent vandgeneratore osv. Men det tilbyder også “simpelt” udstyr lige så kritisk for vandrelaterede operationer som turbine, pumper, rør, injektion, software osv. samt vedligehold, reparation og installationservice.

Source: Xylem

Vandmarkedet er stadig et meget fragmenteret marked, med Xylem som en af de største virksomheder i sektoren, men stadig kun med en “kun” 10% markedsandel ud af dets 80 milliarder dollars store tilgængelige marked.

Virksomheden bruger omkring 4% af sin omsætning på forskning og udvikling. Det burde have glæde af nye reguleringer omkring PFAS (Per- og polyfluoralkylstoffer, eller stof, der varer evigt, med 6.000+ offentlige faciliteter, der har brug for sådan PFAS-behandling.

Xylem har været vedvarende voksende, med en nettoindtægt, der er vokset fra 297 millioner dollars i 2012 til 609 millioner dollars i 2023, mens den har fastholdt en stabil 17-19% EBITDA-marge.

Samlet set gør dette, at virksomhedens investeringsprofil minder mere om en utility-virksomheds end en industrivirksomheds, voksende med den samlede økonomi eller lidt over den rate, som de fleste af dets forbrugere.