Dessalement durable – Comment la technologie solaire en pleine maturité modifie notre approche des crises de l’eau

L'eau est la vie

Les investisseurs et les technologues ont tendance à se concentrer sur les ressources naturelles et les matières premières les plus précieuses ou techniquement utiles, comme l’or, les terres rares ou le lithium. Pourtant, une ressource beaucoup plus simple est nécessaire en quantités massives chaque jour pour soutenir notre civilisation : l’eau douce.

Bien qu’il tombe littéralement du ciel dans la majeure partie du monde, sa disponibilité est toujours soumise à une forte pression dans la civilisation moderne, car nous en consommons une grande partie pour l’industrie, l’agriculture et les besoins humains.

Seulement 3 % de l'eau mondiale est de l'eau douce utilisable, 97 % étant de l'eau salée (eaux souterraines salées et eau de mer). De cette eau douce, 69 % se trouvent dans les glaciers et les calottes glaciaires polaires, 30 % sont des eaux souterraines et seulement 1 % sont des eaux de surface.

Source: USGS

En conséquence, dans de nombreux endroits, la seule source d’eau disponible est l’eau salée. Le dessalement est possible mais nécessite une énorme quantité d’énergie. Jusqu’à présent, cette opération a souvent été réalisée avec des combustibles fossiles, car la plupart des techniques de dessalement sont gourmandes en énergie et nécessitent un apport énergétique constant et stable.

Cela pourrait changer, grâce à une nouvelle méthode développée par les ingénieurs du MIT et publiée dans Nature Water sous le titre «Électrodialyse photovoltaïque à entraînement direct via un contrôle de courant commandé par le flux. »

Dessalement solaire

À première vue, l’énergie solaire semble être la source d’énergie la plus logique pour alimenter les opérations de dessalement. Non seulement elle est fournie gratuitement par le Soleil, mais elle est aussi généralement abondante dans les régions sèches comme les déserts, qui ont souvent le plus besoin de dessalement.

L’énergie solaire devenant de moins en moins chère, elle continuera probablement à se développer en tant que source d’énergie, comme nous l’avons évoqué dans notre article «L’ère solaire : un avenir prometteur pour l’humanité. »

Il reste un problème : l’énergie solaire n’est produite que lorsque le soleil brille. Cela signifie que pour fonctionner efficacement, la plupart des installations de dessalement fonctionnant uniquement à l’énergie solaire devraient être couplées à un système de batterie, ce qui augmenterait les coûts.

Cela est particulièrement problématique pour les techniques de dessalement actuelles, comme l'osmose inverse, qui nécessitent des conditions stables et un approvisionnement en énergie stable pour être efficace. En effet, elle nécessite une pression constante sur les membranes d'osmose.

Cela exclut toute désalinisation à petite échelle et toute méthode à faible coût, du moins tant que le stockage de l'énergie reste coûteux. Cela pourrait changer, comme nous l'avons évoqué dans «L’avenir du stockage d’énergie —Technologie des batteries à grande échelle« ; cependant, il pourrait être préférable de s’adapter également aux fluctuations naturelles de l’énergie solaire, y compris celles à très court terme comme le passage des nuages.

Électrodialyse par lots flexibles

Les chercheurs du MIT ont privilégié cette approche. Ils ont étudié l’électrodialyse, une méthode alternative à l’osmose inverse pour le dessalement. L’électrodialyse utilise un champ électrique pour extraire les ions de sel tandis que l’eau est pompée à travers une pile de membranes échangeuses d’ions.

Source: Eau Naturelle

Pour leur nouvelle conception, ils ont créé un système de contrôle basé sur un modèle connecté à des capteurs dans toutes les parties du système. Il prédit le débit optimal auquel pomper l'eau et la tension à appliquer pour maximiser la quantité de sel extraite de l'eau.

Ce faisant, l’opération de dessalement pourrait fluctuer en fonction de l’énergie solaire produite en temps réel.

Source: Eau Naturelle

En moyenne, le système a utilisé directement 77 pour cent de l’énergie électrique disponible produite par les panneaux solaires, ce qui, selon l’équipe, représente 91 pour cent de plus que les systèmes d’électrodialyse alimentés à l’énergie solaire de conception traditionnelle.

Poursuite de l'amélioration

Le taux d'utilisation de l'énergie solaire, presque doublé par rapport aux systèmes d'électrodialyse précédents, pourrait encore être amélioré grâce à une optimisation et une automatisation plus régulières :

Nous ne pouvions calculer que toutes les trois minutes, et pendant ce temps, un nuage pouvait littéralement passer et bloquer le soleil.

Le système pourrait dire : « Je dois fonctionner à telle puissance élevée. » Mais une partie de cette puissance a soudainement diminué parce qu'il y a moins de soleil. Nous avons donc dû compenser cette puissance avec des batteries supplémentaires.

Amos Winter - Directrice du Centre mondial d'ingénierie et de recherche K. Lisa Yang (GEAR) au MIT

Il s’agissait d’un travail de preuve de concept et il sera bientôt transformé en conception commerciale, car l’équipe lancera une entreprise basée sur sa technologie dans les mois à venir.

Ce projet de recherche a également été soutenu en nature (matériel fourni gratuitement) par Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) et Goulds du xylème (XYL -0.42%).

Pas seulement de l'eau de mer

L'équipe de recherche s'est concentrée sur le dessalement des eaux souterraines saumâtres du Nouveau-Mexique. Comme de nombreuses zones arides sont situées loin de la mer, cette source d'eau peut être importante et n'est pas disponible actuellement en raison de sa teneur en sel.

« La majorité de la population vit en fait assez loin des côtes pour que le dessalement de l’eau de mer ne puisse jamais l’atteindre. Elle dépend donc fortement des eaux souterraines, en particulier dans les régions reculées et à faible revenu. Et malheureusement, ces eaux souterraines deviennent de plus en plus salées en raison du changement climatique. »

Jonathan Bessette – Étudiant au doctorat en génie mécanique au MIT

Le modèle de recherche était déjà capable de fournir suffisamment d'eau douce pour approvisionner 3,000 6 personnes. Il a été exploité pendant XNUMX mois Centre national de recherche sur le dessalement des eaux souterraines saumâtres à Alamogordo, Nouveau-Mexique.

Pas seulement des zones désertiques

Nous avons tendance à penser que la pénurie d’eau douce et le besoin urgent de dessalement ne se produisent que dans des régions sèches comme le Nouveau-Mexique ou l’Arabie saoudite. Cependant, les régions « humides » peuvent également être touchées. Par exemple, Le Royaume-Uni envisage d'importer de l'eau douce de Norvège pendant la sécheresse.

De même, le Le Canada est touché par une crise d’approvisionnement en eau potable et potable, ce qui a conduit à un procès de 1.1 milliard de dollars contre le gouvernement canadien par plus de 50 Premières Nations après un récent règlement d'une valeur de 8 milliards de dollars.

Par ailleurs, Les pénuries d'eau à Taïwan menacent l'industrie cruciale des semi-conducteurs, qui est le cœur de l'économie de l'île.

Et le changement climatique pourrait aggraver chacune de ces crises au fil du temps.

De nombreuses régions et pays à faible revenu pourraient également bénéficier d’une utilisation accrue de l’eau, par exemple pour accroître les rendements agricoles, l’eau de mer étant un candidat évident pour un approvisionnement illimité, à condition que le dessalement soit suffisamment bon marché et que l’énergie soit fournie par le soleil d’été.

Alternativement au dessalement, Il pourrait également être possible d'extraire de l'eau de l'air grâce à l'amélioration rapide des récupérateurs d'eau atmosphérique.

Investir dans l’eau

L’accès à l’eau douce propre a depuis 2010, reconnu par l'ONU comme un droit de l'hommeC'est une grande industrie, évalué à 323 milliards de dollars en 2023 et devrait croître à un TCAC de 7.5 % jusqu'en 2032, pour atteindre 617 milliards de dollars.

Il s’agit également d’un secteur qui est limité par la disponibilité des ressources et les coûts de l’énergie, un facteur qui pourrait devenir moins critique à mesure que l’énergie solaire devient moins chère et que de nouvelles techniques pour produire plus d’eau apparaissent. Et ce, si le changement climatique ne provoque pas de pénuries critiques.

Si vous n'êtes pas intéressé par des sociétés d'eau spécifiques, vous pouvez également vous intéresser aux ETF sur l'eau comme le FNB Global X Clean Water (AQWA), le Fonds négocié en bourse iShares Global Water (IH2O)ou de la ETF Amundi MSCI Water ESG Screened (WAT), ce qui offrira une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur le secteur de l’eau en pleine croissance.

Les entreprises résolvent les problèmes de pénurie d'eau

Xylem Inc.

Avec Veolia en Europe, Xylem est un leader mondial de la purification de l'eau, du traitement des eaux usées et du dessalement. Le groupe emploie plus de 23,000 6,000 personnes (dont plus de 150 35,000 ingénieurs) et opère dans XNUMX pays, notamment aux États-Unis, avec plus de XNUMX XNUMX clients industriels directs.

Son marché principal est l'eau potable et les eaux usées municipales, mais elle fournit également des solutions dédiées à d'autres secteurs comme soins de santé, énergie, alimentation et boissons, pétrole et gaz, microélectronique, etc.

Source: Xylème

Xylem peut fournir des équipements brevetés essentiels pour nettoyer ou produire de l’eau comme des générateurs d’ozone, des lampes UV, des membranes de dessalement, des générateurs d’eau ultra pure, etc. Mais elle fournit également des équipements « plus simples » tout aussi essentiels aux opérations liées à l’eau comme les turbines, les pompes, la tuyauterie, l’injection, les logiciels, etc. ainsi que des services de maintenance, de réparation et d’installation.

Source: Xylème

Le marché de l’eau est encore très fragmenté, Xylem étant l’une des plus grandes entreprises du secteur mais ne détenant « que » 10 % de part de marché sur un marché potentiel de 80 milliards de dollars.

L'entreprise consacre environ 4 % de son chiffre d'affaires à la R&D. Elle devrait bénéficier de nouvelles réglementations concernant PFAS (Substances per- et polyfluoroalkylées), ou des produits chimiques pour toujours), avec plus de 6,000 XNUMX installations de services publics nécessitant un tel traitement aux PFAS.

Xylem connaît une croissance constante, avec un bénéfice net passant de 297 millions de dollars en 2012 à 609 millions de dollars en 2023 tout en maintenant une marge EBITDA stable de 17 à 219 %.

Dans l’ensemble, cela fait que le profil d’investissement de l’entreprise ressemble moins à celui d’une entreprise industrielle (souvent cyclique) et davantage à celui d’une entreprise de services publics qui croît avec l’économie globale ou un peu au-dessus de ce rythme, comme la plupart de ses consommateurs.