Solenergidrevet avsalting – Løser vannmangel for 2,2 milliarder mennesker

Vannmangel er et alvorlig globalt problem. Ifølge opplysningene som FNs miljøprogram presenterte i den siterte artikkelen, opplever omtrent halvparten av verdens befolkning, rundt fire milliarder mennesker, vannmangel minst én måned i året.

Artikkelen viste også til en eldre FAO-prognose om at 1,8 milliarder mennesker kunne leve med absolutt vannmangel i 2025. Dette var en fremskrivning, ikke en senere opptelling av det faktiske antallet.

Å takle et så enormt og allestedsnærværende problem krever innovative løsninger, løsninger som bruker uutforskede eller underutforskede ressurser.

Avsalting av sjøvann kan supplere ferskvannsforsyningen, særlig langs kysten, men krever energi og håndtering av konsentrert saltlake. Prosessen kan drives med fornybar energi, for eksempel solenergi.

En energieffektiv forsøksenhet for avsalting med solenergi

Omvendt osmose skiller salt fra vann ved å presse vann gjennom membraner. Tilsmussing og utfellinger kan redusere ytelsen og kreve rengjøring, men gjør ikke alle kommersielle anlegg uegnet for kontinuerlig drift. Energiforbruk og vedlikehold avhenger av anlegget og vannkvaliteten.

I 2024 presenterte forskere ved University of Waterloo en forsøksenhet for solbasert avsalting basert på vannets naturlige kretsløp og på måten planter transporterer vann fra røtter til blader.

Ifølge Dr. Michael Tam, professor i Waterloos institutt for kjemisk ingeniørfag:

“Vår inspirasjon kommer fra å observere hvordan naturen opprettholder seg selv og hvordan vann fordamper og kondenserer i miljøet.”

Konstruksjonen skal begrense saltavleiringer og dermed vedlikeholdsbehovet. At den er inspirert av naturen, dokumenterer ikke i seg selv at den nesten er vedlikeholdsfri.

Vann føres til en oppvarmet fordampningsflate, og dampen kondenseres deretter til ferskvann. Saltet blir igjen i væsken, mens konstruksjonen skal begrense avleiringer på overflaten.

Ifølge universitetet oppnådde forsøksenheten en virkningsgrad for omdanning av innfallende solenergi til fordampning på omtrent 93 %. Dette er ikke en elektrisk virkningsgrad eller en omdanning av selve solen til energi.

Universitetet beskrev effektiviteten som rundt fem ganger høyere enn i teknologiene det sammenlignet med, og en produksjon på omtrent 20 liter ferskvann per kvadratmeter per dag. Det dokumenterer ikke fem ganger bedre ytelse enn alle kommersielle avsaltingsanlegg.

Omtrent 20 liter per person per dag ble brukt som sammenligning for grunnleggende drikke- og hygienebehov. Dette er ikke et anbefalt inntak på 20 liter drikkevann eller et mål for alle husholdningsbehov.

Forskerne brukte nikkelskum belagt med en elektrisk ledende polymer og temperaturfølsomme pollenpartikler for å absorbere sollys og støtte fordampningen.

Vannet transporteres mot fordampningsflaten ved kapillærvirkning, inspirert av vanntransport i planter. Når vannet fordamper, blir saltet igjen i væsken. Konstruksjonen skal hindre at det hoper seg opp på overflaten.

Den kompakte konstruksjonen kan være aktuell for avsidesliggende kyst- og øysamfunn. Praktisk bruk krever likevel videre utprøving av produksjon, holdbarhet og kostnader.

Yuning Li, professor ved Waterloos institutt for kjemiteknikk, beskrev potensialet slik:

“Denne nye enheten er ikke bare effektiv, men også bærbar, noe som gjør den ideell for bruk i avsidesliggende områder hvor tilgang til ferskvann er begrenset.”

For å utdype de potensielle fordelene ytterligere, sa Dr. Michael Tam følgende:

“Hvis testen viser seg å være vellykket, kan teknologien bærekraftig levere ferskvann til kystsamfunn og fremme FNs bærekraftsmål tre, seks, ti og tolv.”

Mens den ovennevnte forskningen har skapt mye håp i det vitenskapelige fellesskapet og blant de som arbeider mot bærekraftige ferskvannsløsninger, har også andre forskere vært involvert.

Et annet eksempel er den bærbare avsaltingsprototypen som MIT-forskere presenterte i 2022.

Klikk her for å lese om utviklingen av solenergi.

En bærbar avsaltningsenhet for å generere klart, rent drikkevann

I april 2022 presenterte MIT-forskere en avsaltingsprototype på under 10 kg, omtrent på størrelse med en koffert. Den kunne drives av et lite solpanel som ifølge MIT kostet rundt 50 amerikanske dollar. Beløpet gjaldt solpanelet, ikke avsaltingsenheten. Prototypen brukte elektriske prosesser fremfor et konvensjonelt utskiftbart vannfilter.

Ionkonsentrasjonspolariseringsteknikk som gjør enheten filterfri

Ionkonsentrasjonspolarisering, ICP, bruker elektriske felt og ioneselektive membraner for å lede ladede partikler bort fra vannstrømmen. Filterfri betyr derfor ikke membranfri. Et etterfølgende elektrodialysetrinn fjernet resterende saltioner.

Forskerne brukte maskinlæring til å velge kombinasjonen av ICP og elektrodialyse. Oppsettet hadde seks ICP-moduler i første trinn, tre i det andre og deretter ett elektrodialysetrinn. Det var altså ikke bare seks moduler totalt.

Forskerne utviklet betjening med én knapp for automatisk avsalting og rensing. Dette var en prototype, ikke en ordinær markedslansering.

Enheten overvåket saltinnhold og partikler. En mobilapp ga trådløs styring og opplysninger om blant annet strømforbruk og vannets saltinnhold.

Finansiert, delvis, av DEVCOM Soldier Center, Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J‑WAFS), Experimental AI Postdoc Fellowship Program ved Northeastern University, og Roux AI Institute, leverte forskningen tilfredsstillende resultater.

Ved utprøving på Carson Beach i Boston produserte prototypen ifølge MIT vann som oppfylte de relevante WHO-kravene. Mengden suspendert materiale ble redusert minst ti ganger. Produksjonen var rundt 0,3 liter i timen, med et energiforbruk på 20 Wh per liter. Én demonstrasjon dokumenterer ikke alle forhold ved langvarig drift.

Ved å utdype den banebrytende naturen i eksperimentet, hadde seniorforfatter Jongyoon Han, professor i elektroteknikk og datavitenskap samt biologisk ingeniørfag og medlem av Research Laboratory of Electronics (RLE), følgende å si:

“Dette er virkelig kulminasjonen av en 10‑års reise som jeg og gruppen min har vært på. Vi har jobbet i flere år med fysikken bak individuelle avsaltningsprosesser, men å samle alle disse fremskrittene i en boks, bygge et system, og demonstrere det i havet, var en virkelig meningsfull og givende opplevelse for meg.”

Ved siden av universitetsprosjektene finnes selskaper som prosjekterer, bygger og driver avsaltingsanlegg i kommersiell skala. Her er to eksempler.

#1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ: CWCO)

Consolidated Water tilbyr prosjektering og bygging av anlegg for avsalting av sjøvann med omvendt osmose, samt installasjon, utvidelse og modernisering.

Gjennom DesalCo leverer konsernet tekniske tjenester, innkjøpsstøtte og ledelse for avsaltingsanlegg. Selskapet beskriver DesalCo som anerkjent av leverandører som produsent av komplette sjøvannsanlegg basert på omvendt osmose.

Teknologisk anerkjenner selskapet to hovedmetoder for avsalting:

(i) Termisk destillasjon
(ii) Membranseparasjon.

Consolidated Water bruker særlig omvendt osmose for brakkvann og sjøvann. Vannet settes under trykk slik at det passerer en semipermeabel membran, mens hoveddelen av saltene holdes tilbake. Energibehovet er ofte lavere enn ved termisk destillasjon, men avhenger av forholdene.

Consolidated Waters Blue Hills-anlegg (CWCO ) ligger i Nassau på New Providence i Bahamas. Driften startet i juli 2006 med en mindre kapasitet, som senere ble utvidet til 12 millioner amerikanske gallon per dag, omtrent 45.400 m³.

I 2023 fullførte selskapet oppkjøpet av de resterende 39 % av eierskapet i PERC Water Corporation («PERC») for å bli 100 % eier av dette datterselskapet, som designer, konstruerer, drifter og forvalter vanninfrastruktur i det sør‑vestlige USA.

I samme år ble PERC tildelt en ny kontrakt på 204 millioner amerikanske dollar for å prosjektere, bygge og drive et nytt avsaltingsanlegg i Honolulu, Hawaii.

I den omtalte perioden produserte konsernets detaljvirksomhet på Grand Cayman drikkevann ved tre sjøvannsanlegg med omvendt osmose: to ved Abel Castillo Water Works og ett ved West Bay.

De oppgitte kapasitetene var samlet 3 millioner amerikanske gallon per dag ved Abel Castillo Water Works og 1 million ved West Bay, tilsvarende omtrent 11.400 og 3.800 m³ per dag.

I 2023 var omsetningen 180,2 millioner amerikanske dollar, mot 94,1 millioner i 2022. Nettoresultatet og utvannet resultat per aksje fra videreført virksomhet var henholdsvis 30,7 millioner dollar og 1,93 dollar. Den nevnte aksjekursen på 38,29 dollar i november 2023 er historisk, ikke en aktuell kurs.

#2. Veolia 

Veolia beskriver avsalting som en viktig løsning mot vannmangel og oppgir å ha levert hundrevis av anlegg og systemer til kommunale og industrielle kunder. Prosjekter som ble fremhevet rundt 2024, omfattet Al Dur 2 i Bahrain, Rabigh 3 i Saudi-Arabia og Umm Al Quwain i De forente arabiske emirater.

Veolia har deltatt i bygging og drift av sjøvannsanlegget med omvendt osmose i Sur i Oman siden 2007. Det beskrives som en forsyning til over 600.000 mennesker. Konsernet leverer også avsaltingsanlegg til industrien.

Veolias Barrel-teknologi er et kompakt, modulbasert system for omvendt osmose. Ifølge selskapet skal standardiserte moduler forenkle installasjonen, mens sensorer støtter fjernovervåking. Dette er produktbeskrivelser, ikke garantier for samme resultat i alle prosjekter.

Veolia, i tillegg til sine direkte avsaltningsløsninger, hjelper også sine kunder med en kombinasjon av digitale verktøy og ekspertise som gjør prosesser smartere, tryggere og mer bærekraftige.

Selskapet tilbyr tilpasset vannbehandling, mobile anlegg for midlertidige eller langvarige behov og kjemiske behandlingsprodukter som HYDREX. Tjenestene skal støtte drift og vedlikehold av vannanlegg.

Veolia (OTC: VEOVY) rapporterte en omsetning på 22,141 milliarder euro i første halvår 2024, mot 22,755 milliarder året før. Rapportert omsetning falt, mens den organiske utviklingen justert for blant annet energipriser var positiv. Rundt 8,8 milliarder euro stammet fra vannvirksomheten; de øvrige hovedområdene var avfall og energi.

Den økende betydningen av avsalting

Avsalting bidrar allerede vesentlig til vannforsyningen. I bransjetallene artikkelen viste til, var den samlede kontraherte kapasiteten over 100 millioner m³ per dag, og rundt 60 % var rettet mot husholdningenes vannforsyning. Kontrahert kapasitet er ikke det samme som faktisk daglig produksjon. Anslaget på rundt 300 millioner avhengige mennesker og nasjonale andeler varierer med år og definisjon; drikkevannsforsyning er ikke alt vannforbruk.

Den geografiske fordelingen er ujevn. I den siterte kapasitetsoversikten for 2022 sto Midtøsten og Nord-Amerika samlet for over 70 % av den globale kapasiteten, hvorav rundt 53 % var i Midtøsten. Tallene avhenger av oversiktens avgrensning og er ikke en opptelling for dagens situasjon.

Den daværende europeiske oversikten omtalte over 21.000 avsaltingsanlegg i 2022. Dette bør ikke uten videre avgrenses til sjøvannsanlegg, ettersom avsalting også omfatter brakkvann og andre vannkilder. De siterte globale størrelsesordenene var rundt 99 millioner m³ avsaltet vann og over 150 millioner m³ konsentrert saltlake per dag. Saltinnhold og temperatur i reststrømmen varierer med råvann og teknologi; 60 g/l eller en bestemt temperaturøkning er ikke universelle verdier.

Videre forskning bør redusere energibruk og miljøpåvirkning, blant annet fra vanninntak og utslipp av saltlake. Solenergi kan redusere driftsutslippene. Nesten fullstendig vanngjenvinning er ikke et krav for alle anlegg og kan kreve ekstra energi og håndtering av faste salter; det gjør ikke automatisk prosessen miljømessig ufarlig.

Transport og distribusjon kan bidra til at vannet når områder lenger fra kysten der ferskvannstilgangen er begrenset. Rørledninger, energiforbruk, terreng og kostnader avgjør hvor praktisk dette er.

Klikk her for å lære hvordan solenergi kan bidra til å skaffe rent vann i tørre regioner.