Kestävä suolanpoisto – Kuinka kehittyvä aurinkoteknologia muuttaa lähestymistapaamme vesikriiseihin

Vesi on elämää

Sijoittajat ja teknologit keskittyvät usein arvokkaimpiin tai teknisesti hyödyllisimpiin luonnonvaroihin ja raaka-aineisiin, kuten kultaan, harvinaisiin maametalleihin tai litiumiin. Kuitenkin paljon yksinkertaisempaa resurssia tarvitaan päivittäin valtavina määriä sivilisaatiomme ylläpitämiseksi: makeaa vettä.

Vaikka se kirjaimellisesti sataa taivaalta suurimmassa osassa maailmaa, sen saatavuus on edelleen vakavan paineen alla nykyaikaisessa sivilisaatiossa, koska kulutamme sitä paljon teollisuuteen, maatalouteen ja ihmisten tarpeisiin.

Vain 3 % maailman vedestä on käyttökelpoista makeaa vettä, kun 97 % on suolaista (suolainen pohjavesi ja merivesi). Tästä makeasta vedestä 69 % on jäätiköissä ja napajäätiköissä, 30 % on pohjavettä ja vain 1 % on pintavettä.

Lähde: USGS

Tämän seurauksena monilla alueilla ainoa saatavilla oleva vesilähde on suolainen. Suolanpoisto on mahdollista, mutta se vaatii valtavan määrän energiaa. Tähän mennessä se on usein toteutettu fossiilisilla polttoaineilla, koska suurin osa suolanpoistotekniikoista on energiaintensiivisiä ja vaatii jatkuvaa ja vakaata energiansyöttöä.

Tämä voi muuttua kiitos MIT:n insinöörien kehittämän uuden menetelmän, joka julkaistiin Nature Water -lehdessä otsikolla “Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control“.

Aurinkosuolanpoisto

Ensimmäisellä silmäyksellä aurinkoenergia vaikuttaa loogisimmalta energialähteeltä suolanpoistolaitosten käyttöön. Se on paitsi ilmaiseksi saatavilla auringosta, myös yleisesti runsasta kuivilla alueilla, kuten aavikoilla, jotka usein tarvitsevat suolanpoistoa eniten.

Kun aurinkoenergia tulee yhä halvemmaksi päivä päivältä, sen odotetaan jatkavan kasvuaan energialähteenä, kuten käsittelimme artikkelissamme “Aurinkoaika—Kirkas tulevaisuus ihmiskunnalle“.

Yksi ongelma on kuitenkin se, että aurinkoenergia tuotetaan vain, kun aurinko paistaa. Tämä tarkoittaa, että suurin osa pelkästään aurinkoenergiaan perustuvista suolanpoistolaitoksista tulisi kytkeä akkujärjestelmään, mikä nostaa kustannuksia.

Tämä on erityisen ongelmallista nykyisille suolanpoistotekniikoille, kuten käänteisosmoosille, joka tarvitsee vakaita olosuhteita ja vakaata energiansyöttöä toimiakseen tehokkaasti. Tämä johtuu siitä, että se vaatii jatkuvaa painetta osmoosikalvoilla.

Tämä sulkee pois kaikki pienimuotoiset suolanpoistot ja kaikki edulliset menetelmät, ainakin niin kauan kuin energian varastointi on edelleen kallista. Tämä saattaa muuttua, kuten keskustelimme “Energiavarastojen tulevaisuus—Skaala-akkujen teknologia“; silti voisi olla parempi sopeutua myös aurinkoenergian luonnollisiin vaihteluihin, mukaan lukien hyvin lyhytaikaiset, kuten pilvien kulkeutuminen.

Joustava eräelektrodialyysi

MIT:n tutkijat suosivat tätä lähestymistapaa. He tutkivat elektrodialyysiä, vaihtoehtoista menetelmää käänteisosmoosille suolanpoistossa. Elektrodialyysi käyttää sähköistä kenttää suolioniin vetämiseen, kun vesi pumpataan ioninvaihtokalvojen pinon läpi.

Lähde: Nature Water

Uudelle suunnittelulleen he loivat mallipohjaisen ohjausjärjestelmän, joka on kytketty antureihin järjestelmän kaikissa osissa. Se ennusti optimaalisen veden pumppaamisnopeuden ja jännitteen, joka tulisi asettaa maksimoimaan suolan poistuminen vedestä.

Tämän avulla suolanpoistolaitos pystyi vaihtamaan toimintansa reaaliaikaisesti tuotetun aurinkoenergian mukaan.

Lähde: Nature Water

Keskimäärin järjestelmä käytti suoraan 77 % aurinkopaneelien tuottamasta sähköenergiasta, mikä tiimin mukaan oli 91 % enemmän kuin perinteisesti suunnitelluissa aurinkovoimaisissa elektrodialyysijärjestelmissä.

Lisäparannus

Lähes kaksinkertainen aurinkoenergian hyödyntämisaste verrattuna aiempiin elektrodialyysijärjestelmiin voitaisiin vielä parantaa säännöllisemmällä optimoinnilla ja automaatiolla:

Voimme laskea vain kolmen minuutin välein, ja sillä välin pilvi voi kirjaimellisesti tulla ja estää auringon.

Järjestelmä voisi sanoa: “Tarvitsen tätä suurta tehoa.” Mutta osa siitä tehosta on yhtäkkiä pudonnut, koska auringonvaloa on vähemmän. Joten meidän täytyi korvata se ylimääräisillä akuilla.

Amos Winter – MIT:n K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Centerin johtaja

Tämä oli konseptityö, joka muutetaan pian kaupalliseksi suunnitelmaksi, sillä tiimi aikoo perustaa teknologiaansa pohjautuvan yrityksen lähikuukausina.

Tätä tutkimusprojektia tukivat myös in-kind (materiaalit ilmaiseksi) Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) ja Xylem Goulds (XYL ).

Ei pelkästään merivesi

Tutkimusryhmä keskittyi suolanpoistoon suolaisessa pohjavedessä, jota löytyy maanalaisena New Mexicosta. Koska monien kuivien alueiden väestökeskukset ovat kaukana merestä, tästä voi tulla tärkeä vesilähde, joka on tällä hetkellä suolan sisällön vuoksi käyttökelvoton.

“Suurin osa väestöstä asuu itse asiassa niin kaukana rannikosta, että meriveden suolanpoisto ei koskaan tavoita heitä. He luottavat sen sijaan voimakkaasti pohjaveteen, erityisesti syrjäisillä, pienituloisilla alueilla. Valitettavasti tämä pohjavesi muuttuu yhä suolaisemmaksi ilmastonmuutoksen vuoksi.”

Tutkimusmalli pystyi jo tuottamaan riittävästi makeaa vettä, jotta se voisi palvella 3 000 ihmistä. Se toimi kuusi kuukautta Suolaisesta pohjavedestä kansallinen suolanpoistotutkimuslaitos Alamogordossa, New Mexicossa.

Ei pelkästään aavikkoalueet

Ajattelemme usein, että makean veden puute ja kiireellinen tarve suolanpoistoon esiintyy vain kuivilla paikoilla, kuten New Mexicossa tai Saudi-Arabiassa. Kuitenkin “kosteat” alueet voivat myös olla vaarassa. Esimerkiksi Yhdistynyt kuningaskunta harkitsee tuovansa makeaa vettä Norjasta kuivuuden aikana.

Samoin Kanada on kärsinyt kriisistä, joka koskee puhtaan ja raikkaan veden toimitusta, mikä johti 1,1 miljardia dollaria suurta oikeusjuttua kanadalaista hallitusta vastaan yli 50 ensimmäisen kansan toimesta, kun viimeaikainen sovinto oli 8 miljardia dollaria.

Sillä välin Taiwanin vesipula uhkaa keskeistä puolijohdeteollisuutta, joka on saaren talouden ydin.

Ja ilmastonmuutos voi ajan myötä pahentaa kutakin näistä erillisistä kriiseistä.

Monet alueet ja pienituloiset maat voisivat myös hyötyä käyttämällä enemmän vettä kuin ne tällä hetkellä tekevät, esimerkiksi maatalouden satojen kasvattamiseen, kun merivesi on ilmeinen ehdokas rajattomaan tarjontaan, kunhan suolanpoisto on riittävän edullista ja energia saadaan kesäauringosta.

Vaihtoehtona suolanpoistolle, veden kerääminen ilmasta voisi myös olla mahdollista kiitos nopeasti kehittyvien ilmakehän vesihuoltojärjestelmien.

Sijoittaminen veteen

Puhdas makea vesi on vuodesta 2010 lähtien YK:n tunnustama ihmisoikeus. Se on suuri teollisuudenala, arvostettu 323 miljardiin dollariin vuonna 2023, ja sen odotetaan kasvavan 7,5 % CAGR:lla vuoteen 2032, saavuttaen 617 miljardia dollaria.

Se on myös sektori, jota ovat rajoittaneet resurssien saatavuus ja energian kustannukset, mikä saattaa olla vähemmän kriittistä, kun aurinkoenergia tulee halvemmaksi ja uudet tekniikat tuottavat enemmän vettä nousevat. Tämä olettaen, että ilmastonmuutos ei aiheuta kriittisiä puutteita.

Jos et ole kiinnostunut yksittäisistä vesiyrityksistä, voit myös tarkastella vesiosakkeita, kuten Global X Clean Water ETF (AQWA), iShares Global Water UCITS ETF (IH2O), tai Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT), jotka tarjoavat monipuolisemman altistuksen vesisektorin kasvulle.

Yritykset, jotka ratkaisevat vesipulaa

Xylem Inc.

Yhdessä eurooppalaisen Veolian kanssa Xylem on globaali johtaja veden puhdistuksessa, jäteveden käsittelyssä ja suolanpoistossa. Se työllistää yli 23 000 henkilöä (joista yli 6 000 insinööriä) ja toimii 150 maassa, keskittyen erityisesti Yhdysvaltoihin, joissa on yli 35 000 suoraa teollisuusasiakasta.

Sen päämarkkina on kunnallinen juoma- ja jätevesi, mutta se tarjoaa myös omistettuja ratkaisuja muille sektoreille, kuten terveydenhuolto, energia, elintarvike‑ ja juomateollisuus, öljy ja kaasu, mikroelektroniikka ym.

Lähde: Xylem

Xylem voi toimittaa kriittisiä patentoituja laitteita veden puhdistamiseen tai tuotantoon, kuten otsonigeneraattoreita, UV‑lamppuja, suolanpoistokalvoja, ultra‑puhdasveden generaattoreita ym. Mutta se tarjoaa myös “yksinkertaisempia” laitteita, jotka ovat yhtä tärkeitä vesiprosesseissa, kuten turbiineja, pumppuja, putkistoja, injektioita, ohjelmistoja ym., sekä ylläpito‑, korjaus‑ ja asennuspalveluita.

Lähde: Xylem

Vesimarkkina on edelleen hyvin fragmentoitunut, ja Xylem on yksi alan suurimmista yrityksistä, mutta se omistaa “vain” 10 % markkinaosuudesta 80 miljardia dollaria arvostetusta osoitettavasta markkinasta.

Yritys käyttää noin 4 % liikevaihdostaan T&K:hon. Se hyötyy uusista sääntelyistä, jotka koskevat PFAS‑aineita (per- ja polyfluoroalkyyli‑aineet), sillä yli 6 000 energia‑laitosta tarvitsee PFAS‑käsittelyä.

Xylem on kasvanut tasaisesti, ja sen nettotulos on noussut $297M:sta vuonna 2012 $609M:iin vuonna 2023, samalla kun se on säilyttänyt vakaan 17‑219 % EBITDA‑marginaalin.

Kokonaisuudessaan tämä tekee yrityksen sijoitusprofiilista vähemmän teollisuusyrityksen (usein syklinen) kaltaisen ja enemmän kuin hyödyke‑yrityksen, joka kasvaa koko talouden mukana tai hieman sen tahdissa, kuten suurin osa sen kuluttajista.