Αειφόρος Αποαλάτωση – Πώς η Ωριμότητα της Ηλιακής Τεχνολογίας Αλλάζει την Προσέγγισή μας στις Υδρικές Κρίσεις

Το Νερό Είναι Ζωή

Οι επενδυτές και οι τεχνολόγοι τείνουν να εστιάζουν στους πιο πολύτιμους ή τεχνικά χρήσιμους φυσικούς πόρους και εμπορεύματα, όπως ο χρυσός, τα σπάνια γαλαξίες ή το λίθιο. Ωστόσο, απαιτείται ένας πολύ πιο απλός πόρος σε τεράστιες ποσότητες καθημερινά για τη διατήρηση του πολιτισμού μας: το γλυκό νερό.

Ενώ κυριολεκτικά πέφτει από τον ουρανό σε μεγάλο μέρος του κόσμου, η διαθεσιμότητά του εξακολουθεί να βρίσκεται υπό σοβαρή πίεση στον σύγχρονο πολιτισμό, καθώς το καταναλώνουμε σε μεγάλο βαθμό για βιομηχανία, γεωργία και ανθρώπινες ανάγκες.

Μόνο το 3% του παγκόσμιου νερού είναι χρήσιμο γλυκό νερό, με το 97% να είναι αλμυρό (αλμυρό υπέδαφος και θαλασσινό νερό). Από αυτό το γλυκό νερό, το 69% βρίσκεται σε παγετώνες και πολικές παγοκάλυψεις, το 30% είναι υπέδαφος και μόνο το 1% είναι επιφανειακό νερό.

Πηγή: USGS

Ως αποτέλεσμα, σε πολλές περιοχές η μόνη διαθέσιμη πηγή νερού είναι αλμυρή. Η αποαλάτωση είναι δυνατή, αλλά απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Μέχρι τώρα, συχνά πραγματοποιείται με ορυκτά καύσιμα, καθώς οι περισσότερες τεχνικές αποαλάτωσης είναι ενεργοβόρες και απαιτούν σταθερές και συνεχείς παροχές ενέργειας.

Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει, χάρη σε μια νέα μέθοδο που ανέπτυξαν μηχανικοί του MIT και δημοσιεύτηκε στο Nature Water υπό τον τίτλο “Φωτοβολταϊκή ηλεκτροδιάλυση άμεσης κίνησης μέσω ελέγχου ρεύματος με εντολή ροής.”

Ηλιακή Αποαλάτωση

Κατά πρώτη ματιά, η ηλιακή ενέργεια φαίνεται η πιο λογική πηγή ενέργειας για την τροφοδοσία των λειτουργιών αποαλάτωσης. Δεν παρέχεται μόνο δωρεάν από τον Ήλιο, αλλά είναι επίσης γενικά άφθονη σε ξηρές περιοχές όπως οι έρημοι, που συχνά έχουν τη μεγαλύτερη ανάγκη για αποαλάτωση.

Καθώς η ηλιακή ενέργεια γίνεται καθημερινά φθηνότερη, είναι πιθανό να συνεχίσει να αυξάνεται ως πηγή ενέργειας, όπως καλύψαμε στο άρθρο μας “Η Ηλιακή Εποχή—Ένα Φωτεινό Μέλλον για την Ανθρωπότητα.”

Υπάρχει ακόμη ένα πρόβλημα – η ηλιακή ενέργεια παράγεται μόνο όταν λάμπει ο ήλιος. Αυτό σημαίνει ότι για να λειτουργούν αποδοτικά, οι περισσότερες λειτουργίες αποαλάτωσης που βασίζονται αποκλειστικά στην ηλιακή ενέργεια θα πρέπει να συνδυαστούν με σύστημα μπαταριών, αυξάνοντας το κόστος.

Αυτό είναι ιδιαίτερα προβληματικό για τις τρέχουσες τεχνικές αποαλάτωσης, όπως η αντίστροφη όσμωση, η οποία χρειάζεται σταθερές συνθήκες και σταθερή παροχή ενέργειας για να είναι αποδοτική. Αυτό συμβαίνει επειδή απαιτεί συνεχόμενη πίεση στις μεμβράνες όσμωσης.

Αυτό αποκλείει οποιαδήποτε αποαλάτωση μικρής κλίμακας και οποιεσδήποτε χαμηλού κόστους μεθόδους, τουλάχιστον όσο η αποθήκευση ενέργειας παραμένει ακριβή. Αυτό μπορεί να αλλάξει, όπως συζητήσαμε στο “Το Μέλλον της Αποθήκευσης Ενέργειας—Τεχνολογία Μπαταριών Κλίμακας Υπηρεσιών“; παρόλα αυτά, θα μπορούσε να είναι καλύτερο να προσαρμοστούμε επίσης στη φυσική διακύμανση της ηλιακής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων πολύ βραχυπρόθεσμων, όπως τα σύννεφα που περνούν.

Ευέλικτη Παρτίδα Ηλεκτροδιάλυσης

Οι ερευνητές του MIT προτίμησαν αυτήν την προσέγγιση. Μελέτησαν την ηλεκτροδιάλυση, μια εναλλακτική μέθοδο στην αντίστροφη όσμωση για αποαλάτωση. Η ηλεκτροδιάλυση χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό πεδίο για να εξάγει ιόντα αλατιού καθώς το νερό αντλείται μέσω ενός σωρού μεμβρανών ανταλλαγής ιόντων.

Πηγή: Nature Water

Για το νέο τους σχέδιο, δημιούργησαν ένα σύστημα ελέγχου βασισμένο σε μοντέλο, συνδεδεμένο με αισθητήρες σε όλα τα μέρη του συστήματος. Πρόβλεψε το βέλτιστο ρυθμό αντλήσης του νερού και την τάση που πρέπει να εφαρμοστεί για τη μέγιστη εξαγωγή αλατιού από το νερό.

Κάνοντας αυτό, η λειτουργία αποαλάτωσης θα μπορούσε να κυμαίνεται ανάλογα με την ηλιακή ενέργεια που παράγεται σε πραγματικό χρόνο.

Πηγή: Nature Water

Κατά μέσο όρο, το σύστημα χρησιμοποίησε άμεσα το 77 τοις εκατό της διαθέσιμης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τα ηλιακά πάνελ, κάτι που η ομάδα εκτίμησε ότι είναι 91 τοις εκατό περισσότερο από τα παραδοσιακά σχεδιασμένα ηλιακά συστήματα ηλεκτροδιάλυσης.

Περαιτέρω Βελτίωση

Το σχεδόν διπλασιασμένο ποσοστό αξιοποίησης ηλιακής ενέργειας σε σύγκριση με τα προηγούμενα συστήματα ηλεκτροδιάλυσης θα μπορούσε ακόμη να βελτιωθεί με πιο τακτική βελτιστοποίηση & αυτοματοποίηση:

Μπορούσαμε να υπολογίζουμε μόνο κάθε τρία λεπτά, και σε αυτό το διάστημα, ένα σύννεφο θα μπορούσε κυριολεκτικά να περάσει και να μπλοκάρει τον ήλιο.

Το σύστημα θα μπορούσε να λέει, ‘Πρέπει να λειτουργήσω με αυτήν την υψηλή ισχύ.’ Αλλά μέρος αυτής της ισχύος έπεσε ξαφνικά επειδή υπάρχει λιγότερο φως του ήλιου. Έτσι, έπρεπε να αντισταθμίσουμε αυτήν την ισχύ με επιπλέον μπαταρίες.

Amos Winter – Διευθυντής του Κέντρου Παγκόσμιας Μηχανικής και Έρευνας (GEAR) K. Lisa Yang στο MIT

Αυτή ήταν μια εργασία απόδειξης της έννοιας και θα μετατραπεί σύντομα σε εμπορικό σχέδιο, καθώς η ομάδα θα λανσάρει μια εταιρεία βασισμένη στην τεχνολογία τους τους επόμενους μήνες.

Αυτό το ερευνητικό έργο υποστηρίχθηκε επίσης εν είδωλο (παρείχε υλικό δωρεάν) από τη Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) και τη Xylem Goulds.

Όχι Μόνο Θαλασσινό Νερό

Η ερευνητική ομάδα εστίασε στην αποαλάτωση γλυκό-αλμυρού υπεδάφους που βρίσκεται κάτω από τη γη στο Νέο Μεξικό. Καθώς πολλά κέντρα πληθυσμού σε ξηρές περιοχές βρίσκονται μακριά από τη θάλασσα, αυτή μπορεί να είναι μια σημαντική πηγή νερού που αυτή τη στιγμή δεν είναι διαθέσιμη λόγω του περιεχομένου αλατιού.

“Η πλειονότητα του πληθυσμού ζει στην πραγματικότητα αρκετά μακριά από την ακτή, ώστε η αποαλάτωση θαλασσινού νερού να μην μπορεί ποτέ να τους φτάσει. Συνεπώς εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το υπέδαφος, ιδιαίτερα σε απομακρυσμένες, χαμηλού εισοδήματος περιοχές. Και δυστυχώς, αυτό το υπέδαφος γίνεται όλο και πιο αλμυρό λόγω της κλιματικής αλλαγής.”

Jonathan Bessette – φοιτητής διδακτορικού MIT στη μηχανολογία

Το ερευνητικό μοντέλο ήταν ήδη σε θέση να παράγει αρκετό γλυκό νερό ώστε να τροφοδοτήσει 3.000 άτομα. Λειτουργούσε για 6 μήνες στη Εθνική Ερευνητική Εγκατάσταση Αποαλάτωσης Γλυκό-Αλμυρού Υπεδάφους στο Alamogordo, Νέο Μεξικό.

Όχι Μόνο Έρημοι Χώροι

Τείνουμε να πιστεύουμε ότι η έλλειψη γλυκού νερού και η έντονη ανάγκη για αποαλάτωση συμβαίνουν μόνο σε ξηρές περιοχές όπως το Νέο Μεξικό ή η Σαουδική Αραβία. Ωστόσο, οι «υγρές» περιοχές μπορούν επίσης να επηρεαστούν. Για παράδειγμα, το Ηνωμένο Βασίλειο εξετάζει την εισαγωγή γλυκού νερού από τη Νορβηγία κατά τη διάρκεια ξηρασίας.

Αναλόγως, ο Καναδάς έχει επηρεαστεί από κρίση σχετικά με την προμήθεια γλυκού και καθαρού νερού, οδηγώντας σε αγωγή αξίας 1,1 δισεκατομμυρίων δολαρίων εναντίον της καναδικής κυβέρνησης από πάνω από 50 Πρώτες Εθνότητες μετά από πρόσφατη συμφωνία αξίας 8 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Εν τω μεταξύ, η έλλειψη νερού στην Ταϊβάν απειλεί τη ζωτική βιομηχανία ημιαγωγών, η οποία αποτελεί τον πυρήνα της οικονομίας του νησιού.

Και η κλιματική αλλαγή θα μπορούσε με την πάροδο του χρόνου να επιδεινώσει καθένα από αυτές τις ξεχωριστές κρίσεις.

Πολλές περιοχές και χώρες με χαμηλό εισόδημα θα μπορούσαν επίσης να ωφεληθούν από τη χρήση μεγαλύτερης ποσότητας νερού από ό,τι χρησιμοποιούν σήμερα, για παράδειγμα για την αύξηση των γεωργικών αποδόσεων, με το θαλασσινό νερό να αποτελεί προφανή υποψήφιο για απεριόριστη προμήθεια, εφόσον η αποαλάτωση είναι αρκετά φθηνή και η ενέργεια παρέχεται από τον θερινό ήλιο.

Εναλλακτικά στην αποαλάτωση, η εξαγωγή νερού από τον αέρα θα μπορούσε επίσης να είναι εφικτή χάρη στην ταχέως βελτιούμενη τεχνολογία συλλογής ατμοσφαιρικού νερού.

Επένδυση στο Νερό

Η πρόσβαση σε καθαρό γλυκό νερό έχει αναγνωριστεί από τον ΟΗΕ ως ανθρώπινο δικαίωμα από το 2010. Είναι μια μεγάλη βιομηχανία, αξίας 323 δισεκατομμυρίων δολαρίων το 2023, και αναμένεται να αυξηθεί με ετήσιο συντελεστή ανάπτυξης 7,5% έως το 2032, φθάνοντας τα 617 δισεκατομμύρια δολάρια.

Είναι επίσης ένας τομέας που έχει περιοριστεί από τη διαθεσιμότητα πόρων και το κόστος ενέργειας, κάτι που μπορεί να γίνει λιγότερο κρίσιμο καθώς η ηλιακή ενέργεια γίνεται φθηνότερη και νέες τεχνικές παραγωγής νερού εμφανίζονται. Αυτό εφόσον η κλιματική αλλαγή δεν προκαλέσει κρίσιμες ελλείψεις.

Αν δεν ενδιαφέρεστε για συγκεκριμένες εταιρείες νερού, μπορείτε επίσης να εξετάσετε τα ETFs νερού όπως το Global X Clean Water ETF (AQWA), το iShares Global Water UCITS ETF (IH2O), ή το Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT), τα οποία θα προσφέρουν πιο διαφοροποιημένη έκθεση για να εκμεταλλευτείτε την αυξανόμενη βιομηχανία νερού.

Εταιρείες που Λύνουν τις Ελλείψεις Νερού

Xylem Inc.

Μαζί με την ευρωπαϊκή Veolia, η Xylem είναι παγκόσμιος ηγέτης στην καθαρισμό νερού, τη θεραπεία λυμάτων και την αποαλάτωση. Απασχολεί πάνω από 23.000 άτομα (από τα οποία πάνω από 6.000 είναι μηχανικοί) και δραστηριοποιείται σε 150 χώρες, με έμφαση στις ΗΠΑ, με πάνω από 35.000 άμεσους βιομηχανικούς πελάτες.

Η κύρια αγορά της είναι το δημοτικό πόσιμο νερό και τα λύματα, αλλά παρέχει επίσης εξειδικευμένες λύσεις σε άλλους τομείς όπως η υγειονομική περίθαλψη, η ενέργεια, η βιομηχανία τροφίμων & ποτών, το πετρέλαιο & αέριο, η μικροηλεκτρονική κ.λπ.

Πηγή: Xylem

Η Xylem μπορεί να παρέχει τα κρίσιμα πατενταρισμένα εξαρτήματα για τον καθαρισμό ή την παραγωγή νερού, όπως γεννήτριες όζοντος, λυχνίες UV, μεμβράνες αποαλάτωσης, γεννήτριες υπέρ-καθαρού νερού κ.λπ. Αλλά παρέχει επίσης «απλούστερο» εξοπλισμό εξίσου κρίσιμο για λειτουργίες σχετικές με το νερό, όπως τουρμπίνες, αντλίες, σωληνώσεις, ένεση, λογισμικό κ.λπ., καθώς και υπηρεσίες συντήρησης, επισκευής και εγκατάστασης.

Πηγή: Xylem

Η αγορά νερού παραμένει πολύ κατακερματισμένη, με τη Xylem να είναι μία από τις μεγαλύτερες εταιρείες στον τομέα, αλλά να κατέχει μόνο μερίδιο 10% από την εξυπηρετούμενη διευθυντική αγορά των 80 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Η εταιρεία δαπανά περίπου το 4% των πωλήσεών της στην Έρευνα & Ανάπτυξη. Θα πρέπει να ωφεληθεί από νέους κανονισμούς σχετικά με τις PFAS (Περι- και πολυφθοροαλκυλικές ουσίες, ή χημικές «αιώνιες»), με πάνω από 6.000 εγκαταστάσεις κοινωφελών υπηρεσιών να χρειάζονται τέτοια επεξεργασία PFAS.

Η Xylem έχει αυξηθεί σταθερά, με το καθαρό εισόδημα να αυξάνεται από 297 εκατομμύρια δολάρια το 2012 σε 609 εκατομμύρια δολάρια το 2023, διατηρώντας σταθερό περιθώριο EBITDA 17-219%.

Συνολικά, αυτό κάνει το επενδυτικό προφίλ της εταιρείας λιγότερο παρόμοιο με αυτό μιας βιομηχανικής εταιρείας (συχνά κυκλικής) και περισσότερο παρόμοιο με αυτό μιας εταιρείας κοινωφελών υπηρεσιών που αναπτύσσεται μαζί με τη συνολική οικονομία ή ελαφρώς πάνω από αυτό το ρυθμό, όπως οι περισσότεροι πελάτες της.