Duurzaamheid
Duurzame Ontzilting – Hoe Volgroeiende Zonne‑technologie Onze Aanpak van Watercrises Verandert
Water Is Leven
Investeerders en technici richten zich vaak op de meest kostbare of technisch bruikbare natuurlijke hulpbronnen en grondstoffen, zoals goud, zeldzame aardmetalen of lithium. Echter is een veel eenvoudigere hulpbron nodig in enorme hoeveelheden per dag om onze beschaving: zoet water te ondersteunen.
Hoewel het letterlijk uit de lucht valt in het grootste deel van de wereld, staat de beschikbaarheid nog steeds onder grote druk in de moderne beschaving, omdat we er veel van verbruiken voor industrie, landbouw en menselijke behoeften.
Alleen 3% van het wereldwater is bruikbaar zoet water, met 97% zout (zoutgrondwater en zeewater). Van dit zoet water wordt 69% bewaard in gletsjers en poolijs, 30% is grondwater, en slechts 1% is oppervlaktewater.
Bron: USGS
Als gevolg hiervan is in veel gebieden de enige beschikbare waterbron zout. Ontzilting is mogelijk, maar vereist een enorme hoeveelheid energie. Tot nu toe werd dit vaak gedaan met fossiele brandstoffen, omdat de meeste ontziltingstechnieken energie‑intensief zijn en constante en stabiele energie‑invoer vereisen.
Dit zou kunnen veranderen, dankzij een nieuwe methode ontwikkeld door MIT‑ingenieurs en gepubliceerd in Nature Water onder de titel “Direct‑drive fotovoltaïsche elektrodialyse via stroom‑gecommandeerde stroomregeling.”
Zonne‑ontzilting
Op het eerste gezicht lijkt zonne‑energie de meest logische energiebron voor het aandrijven van ontziltingsprocessen. Het wordt niet alleen gratis door de zon geleverd, maar is ook over het algemeen overvloedig in droge gebieden zoals woestijnen, die vaak het meeste ontzilting nodig hebben.
Omdat zonne‑energie elke dag goedkoper wordt, zal het waarschijnlijk blijven groeien als energiebron, zoals we bespraken in ons artikel “The Solar Age—A Bright Future To Mankind.”
Er is nog één probleem – zonne‑energie wordt alleen geproduceerd wanneer de zon schijnt. Dit betekent dat om efficiënt te opereren, de meeste uitsluitend op zonne‑energie gebaseerde ontziltingsinstallaties gekoppeld moeten worden aan een batterijsysteem, wat de kosten verhoogt.
Dit is vooral problematisch voor huidige ontziltingstechnieken, zoals omgekeerde osmose, die stabiele omstandigheden en een stabiele energievoorziening nodig hebben om efficiënt te zijn. Dit komt doordat constante druk op de osmosemembranen vereist is.
Dit sluit elke kleinschalige ontzilting en elke goedkope methode uit, althans zolang energieopslag nog duur is. Dit zou kunnen veranderen, zoals we bespraken in “The Future Of Energy Storage—Utility-Scale Batteries Tech“; toch zou het beter kunnen zijn om ook aan te passen aan de natuurlijke fluctuatie van zonne‑energie, inclusief zeer kort‑durende variaties zoals wolken die voorbijtrekken.
Flexibele Batch Elektrolyse
De MIT‑onderzoekers gaven de voorkeur aan deze aanpak. Ze bestudeerden elektrodialyse, een alternatieve methode voor ontzilting ten opzichte van omgekeerde osmose. Elektrodialyse gebruikt een elektrisch veld om zoutionen uit het water te trekken terwijl het water door een stapel ion‑uitwisselingsmembranen wordt gepompt.
Bron: Nature Water
Voor hun nieuwe ontwerp creëerden ze een model‑gebaseerd regelsysteem dat verbonden is met sensoren in alle delen van het systeem. Het voorspelde de optimale pompsnelheid en de spanning die moet worden toegepast om de hoeveelheid zout die uit het water wordt gehaald te maximaliseren.
Door dit te doen kon de ontziltingsoperatie fluctueren volgens de in real‑time geproduceerde zonne‑energie.
Bron: Nature Water
Gemiddeld gebruikte het systeem direct 77 procent van de beschikbare elektrische energie die door de zonnepanelen werd geproduceerd, wat het team schatte 91 procent meer is dan traditioneel ontworpen zonne‑aangedreven elektrodialysesystemen.
Verdere Verbetering
Het bijna verdubbelde rendement van zonne‑energiegebruik vergeleken met eerdere elektrodialysesystemen kan nog steeds worden verbeterd met meer regelmatige optimalisatie & automatisering:
We konden slechts elke drie minuten berekenen, en in die tijd kon er letterlijk een wolk langs komen en de zon blokkeren.
Het systeem zou kunnen zeggen: ‘Ik moet op dit hoge vermogen draaien.’ Maar een deel van dat vermogen is plotseling gedaald omdat er nu minder zonlicht is. Dus moesten we dat vermogen compenseren met extra batterijen.”
Amos Winter – Director of the K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center at MIT
Dit was een proof‑of‑concept werk en zal binnenkort worden omgezet in een commercieel ontwerp, aangezien het team een bedrijf zal lanceren dat gebaseerd is op hun technologie in de komende maanden.
Dit onderzoeksproject werd ook in natura ondersteund (gratis materiaal geleverd) door Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) en Xylem Goulds (XYL ).
Niet Alleen Zeewater
Het onderzoeksteam richtte zich op de ontzilting van brak grondwater dat ondergronds in New Mexico wordt aangetroffen. Omdat veel bevolkingscentra in droge gebieden ver van de zee liggen, kan dit een belangrijke waterbron zijn die momenteel niet beschikbaar is vanwege het zoutgehalte.
“De overgrote meerderheid van de bevolking woont feitelijk ver genoeg van de kust, zodat zeewaterontzilting hen nooit zou kunnen bereiken. Ze zijn daardoor sterk afhankelijk van grondwater, vooral in afgelegen, laag‑inkomensregio’s. En helaas wordt dit grondwater steeds zouter door klimaatverandering.”
Jonathan Bessette – MIT PhD student in mechanical engineering
Het onderzoeksmodel kon al genoeg zoet water leveren om 3.000 mensen te voorzien. Het werd gedurende 6 maanden geëxploiteerd bij de Brackish Groundwater National Desalting Research Facility in Alamogordo, New Mexico.
Niet Alleen Woestijngebieden
We denken vaak dat een tekort aan zoet water en een dringende behoefte aan ontzilting alleen voorkomt in droge gebieden zoals New Mexico of Saoedi‑Arabië. Echter, ‘natte’ regio’s kunnen ook getroffen worden. Bijvoorbeeld, Het VK overweegt zoet water uit Noorwegen te importeren tijdens droogte.
Evenzo Canada is getroffen door een crisis met betrekking tot de aanvoer van zoet en schoon water, wat heeft geleid tot een rechtszaak van $1,1 mrd tegen de Canadese regering door meer dan 50 First Nations na een recente schikking ter waarde van $8 mrd.
En klimaatverandering zou elke van deze afzonderlijke crises in de loop van de tijd kunnen verergeren.
Veel regio’s en lage‑inkomenslanden zouden ook kunnen profiteren van het gebruik van meer water dan ze momenteel doen, bijvoorbeeld om de landbouwopbrengsten te verhogen, waarbij zeewater een duidelijke kandidaat is voor een onbeperkte aanvoer, zolang ontzilting goedkoop genoeg is en energie wordt geleverd door de zomerzon.
Als alternatief voor ontzilting zou het onttrekken van water uit de lucht ook mogelijk kunnen zijn dankzij snel verbeterende atmosferische water‑harvesters.
Investeren in Water
Toegang tot schoon zoet water is sinds 2010 erkend door de VN als een mensenrecht. Het is een grote industrie, met een waarde van $323 mrd in 2023, en naar verwachting groeiend met 7,5 % CAGR tot 2032, met een waarde van $617 mrd.
Het is ook een sector die beperkt wordt door de beschikbaarheid van hulpbronnen en energiekosten, iets dat minder kritisch kan worden nu zonne‑energie goedkoper wordt en er nieuwe technieken ontstaan om meer water te produceren. Dat geldt uiteraard alleen als klimaatverandering geen kritieke tekorten veroorzaakt.
Als u niet geïnteresseerd bent in specifieke waterbedrijven, kunt u ook kijken naar water‑ETF’s zoals de Global X Clean Water ETF (AQWA), de iShares Global Water UCITS ETF (IH2O), of de Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT), die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de groeiende watersector.
Bedrijven die Watertekorten Oplossen
Xylem Inc.
Samen met het Europese Veolia is Xylem een wereldleider in waterzuivering, afvalwaterbehandeling en ontzilting. Het heeft meer dan 23.000 medewerkers (waarvan meer dan 6.000 ingenieurs) en opereert in 150 landen, met een focus op de VS, met meer dan 35.000 directe industriële klanten.
(XYL )
De belangrijkste markt is gemeentelijk drink- en afvalwater, maar het biedt ook speciale oplossingen voor andere sectoren zoals gezondheidszorg, energie, voedsel & dranken, olie & gas, micro‑elektronica, enz.
Bron: Xylem
Xylem kan de kritische gepatenteerde apparatuur leveren om water te zuiveren of te produceren, zoals ozongeneratoren, UV‑lampen, ontziltingsmembranen, ultra‑zuivere watergeneratoren, enz. Maar het levert ook “eenvoudigere” apparatuur die even cruciaal is voor watergerelateerde operaties, zoals turbines, pompen, leidingen, injectie, software, enz., evenals onderhouds-, reparatie‑ en installatiediensten.
De watermarkt blijft zeer gefragmenteerd, waarbij Xylem een van de grootste bedrijven in de sector is, maar nog steeds slechts een marktaandeel van 10 % heeft van de $80 mrd adresseerbare markt die het bedient.
Het bedrijf besteedt ongeveer 4 % van de omzet aan R&D. Het zou moeten profiteren van nieuwe regelgeving met betrekking tot PFAS (Per- en polyfluoroalkylstoffen, of eeuwige chemicaliën), waarbij meer dan 6.000 nutsbedrijven dergelijke PFAS‑behandeling nodig hebben.
Xylem groeit gestaag, met een nettowinst die is gestegen van $297 M in 2012 tot $609 M in 2023, terwijl het een stabiele EBITDA‑marge van 17‑219 % behoudt.
Over het geheel genomen maakt dit het investeringsprofiel van het bedrijf minder vergelijkbaar met dat van een industriële onderneming (vaak cyclisch) en meer met dat van een nutsbedrijf dat groeit met de algemene economie of iets sneller, zoals de meeste van haar consumenten.
