Hållbar avsaltning – Hur den mogna solenergi‑tekniken förändrar vårt förhållningssätt till vattenkriser

Vatten är liv

Investera­re och teknologer tenderar att fokusera på de mest värdefulla eller tekniskt användbara naturresurserna och varorna, såsom guld, sällsynta jordartsmetaller eller litium. Men en mycket enklare resurs behövs i enorma mängder varje dag för att upprätthålla vår civilisation: färskvatten.

Även om det bokstavligen faller från himlen i större delen av världen, är dess tillgänglighet fortfarande under stark press i den moderna civilisationen, eftersom vi förbrukar stora delar av det för industri, jordbruk och mänskliga behov.

Endast 3 % av världens vatten är användbart färskvatten, medan 97 % är salt (salt grundvatten och havsvatten). Av detta färskvatten hålls 69 % i glaciärer och polära iskappar, 30 % är grundvatten och endast 1 % är ytvatten.

Källa: USGS

Som ett resultat är den enda tillgängliga vattenkällan i många områden salt. Avsaltning är möjlig men kräver enorma mängder energi. Hittills har det ofta gjorts med fossila bränslen, eftersom de flesta avsaltningsmetoder är energikrävande och kräver konstant och stabil energitillförsel.

Detta kan förändras tack vare en ny metod utvecklad av MIT‑ingenjörer och publicerad i Nature Water under titeln “Direktdriven fotovoltaisk elektrodialys via flödesstyrd strömstyrning.”

Solenergi för avsaltning

Vid första anblicken verkar solenergi vara den mest logiska energikällan för att driva avsaltningsanläggningar. Den erbjuds inte bara gratis av solen, utan är också generellt riklig i torra regioner som öknar, som ofta har störst behov av avsaltning.

Med solenergi som blir billigare för varje dag kommer den sannolikt fortsätta växa som energikälla, som vi behandlade i vår artikel “Solåldern – En ljus framtid för mänskligheten.”

Det finns fortfarande ett problem – solenergi produceras endast när solen skiner. Detta innebär att för att fungera effektivt skulle de flesta renodlade solenergidrivna avsaltningsanläggningar behöva kopplas till ett batterisystem, vilket ökar kostnaderna.

Detta är särskilt problematiskt för nuvarande avsaltningsmetoder, såsom omvänd osmos, som kräver stabila förhållanden och en stabil energitillförsel för att vara effektiv. Detta beror på att den kräver konstant tryck på osmosmembranen.

Detta utesluter all liten skala av avsaltning och alla låga kostnadsmetoder, åtminstone så länge energilagring fortfarande är dyrt. Detta kan förändras, som vi diskuterade i “Framtiden för energilagring –Storskaliga batteritekniker“; ändå kan det vara bättre att också anpassa sig till solenergiens naturliga fluktuationer, inklusive mycket kortsiktiga sådana som moln som passerar.

Flexibel batch‑elektrodialys

MIT‑forskarna föredrog detta tillvägagångssätt. De studerade elektrodialys, en alternativ metod till omvänd osmos för avsaltning. Elektrodialys använder ett elektriskt fält för att dra ut saltjoner när vatten pumpas genom en stapel av jonbytemembraner.

Källa: Nature Water

För deras nya design skapade de ett modellbaserat styrsystem kopplat till sensorer i alla delar av systemet. Det förutsåg den optimala pumpningshastigheten och den spänning som bör appliceras för att maximera mängden salt som dras ur vattnet.

Genom att göra så kunde avsaltningsprocessen variera i takt med den solenergi som produceras i realtid.

Källa: Nature Water

På genomsnittet använde systemet direkt 77 % av den tillgängliga elektriska energi som producerades av solpanelerna, vilket teamet uppskattade var 91 % mer än traditionellt konstruerade soldrivna elektrodialysystem.

Ytterligare förbättring

Den nästan fördubblade utnyttjandet av solenergi jämfört med tidigare elektrodialysystem kan fortfarande förbättras med mer regelbunden optimering & automatisering:

Vi kunde bara beräkna var tredje minut, och under den tiden kunde ett moln bokstavligen komma förbi och blockera solen.

Systemet kunde säga, ‘Jag behöver köra på hög effekt.’ Men en del av den effekten har plötsligt minskat eftersom det nu är mindre solljus. Så vi var tvungna att kompensera den förlorade effekten med extra batterier.

Amos Winter – Direktör för K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center vid MIT

Detta var ett proof‑of‑concept‑arbete och kommer snart att omvandlas till en kommersiell design, då teamet planerar att starta ett företag baserat på deras teknik under de kommande månaderna.

Detta forskningsprojekt stöddes också i form av gåvor (material tillhandahölls gratis) av Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) och Xylem Goulds (XYL ).

Inte bara havsvatten

Forskningsteamet fokuserade på avsaltning av bräckt grundvatten som finns under jord i New Mexico. Eftersom många befolkningscentra i torra områden ligger långt från havet, kan detta vara en viktig vattenkälla som för närvarande är otillgänglig på grund av dess saltinnehåll.

“Majoriteten av befolkningen bor faktiskt så långt från kusten att havsvattenavsaltning aldrig kan nå dem. De är därför starkt beroende av grundvatten, särskilt i avlägsna, låginkomstområden. Och tyvärr blir detta grundvatten allt mer salt på grund av klimatförändringarna.”

Jonathan Bessette – MIT PhD‑student i maskinteknik

Forskningsmodellen kunde redan leverera tillräckligt med färskvatten för att försörja 3 000 personer. Den kördes i 6 månader vid Brackish Groundwater National Desalination Research Facility i Alamogordo, New Mexico.

Inte bara ökenområden

Vi tenderar att tänka att färskvattensbrist och ett akut behov av avsaltning bara uppstår i torra platser som New Mexico eller Saudiarabien. Men “fuktiga” regioner kan också drabbas. Till exempel, Storbritannien överväger att importera färskvatten från Norge under torka.

På liknande sätt har Kanada drabbats av en kris kring färsk- och rent vattentillgång, vilket ledde till en stämning på 1,1  miljarder dollar mot den kanadensiska regeringen av mer än 50 First Nations efter en nylig förlikning värd 8  miljarder dollar.

Under tiden Taiwans vattenbrist hotar den avgörande halvledarindustrin, som är kärnan i öns ekonomi.

Och klimatförändringarna kan göra varje av dessa separata kriser värre över tid.

Många regioner och låginkomstländer skulle också kunna dra nytta av att använda mer vatten än de för närvarande gör, till exempel för att öka jordbruksavkastningen, där havsvatten är ett uppenbart alternativ för obegränsad tillgång, så länge avsaltning är tillräckligt billig och energin tillhandahålls av sommarens sol.

Alternativt till avsaltning, att dra vatten ur den tunna luften kan också bli möjligt tack vare snabbt förbättrade atmosfäriska vattenuppsamlande system.

Investera i vatten

Tillgång till rent färskvatten har sedan 2010 erkänts av FN som en mänsklig rättighet. Det är en stor industri, värderad till 323  miljarder dollar år 2023 och förväntas växa med 7,5 % CAGR till 2032, vilket når 617  miljarder dollar.

Det är också en sektor som har begränsats av resursens tillgänglighet och energikostnader, något som kan bli mindre kritiskt när solenergi blir billigare och nya tekniker för att producera mer vatten dyker upp. Det förutsätter att klimatförändringarna inte orsakar kritiska brister.

Om du inte är intresserad av specifika vattenföretag kan du även titta på vatten‑ETF:er som Global X Clean Water ETF (AQWA), iShares Global Water UCITS ETF (IH2O), eller  Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT), vilka ger en mer diversifierad exponering för att dra nytta av den växande vattensektorn.

Företag som löser vattenbrist

Xylem Inc.

Tillsammans med den europeiska Veolia är Xylem en global ledare inom vattenrening, avloppsbehandling och avsaltning. Företaget har över 23 000 anställda (varav över 6 000 ingenjörer) och är verksamt i 150 länder, med fokus på USA, med över 35 000 direkta industriella kunder.

Dess huvudmarknad är kommunalt dricksvatten och avloppsvatten, men den erbjuder också dedikerade lösningar till andra sektorer som hälso- och sjukvård, energi, livsmedel & drycker, olja & gas, mikroelektronik, etc.

Källa: Xylem

Xylem kan leverera de kritiska patenterade utrustningsdelarna för att rena eller producera vatten, såsom ozongeneratorer, UV‑lampor, avsaltningsmembran, ultra‑rena vattengeneratorer, etc. Men de erbjuder också ”enklare” utrustning som är lika viktig för vattenrelaterade operationer, såsom turbiner, pumpar, rörledningar, injektion, mjukvara, etc., samt underhålls‑, reparations‑ och installationsservice.

Källa: Xylem

Vattenmarknaden är fortfarande mycket fragmenterad, där Xylem är ett av de största företagen i sektorn men ändå bara har en marknadsandel på “endast” 10 % av den $80  miljarder stora adresserbara marknaden.

Företaget lägger omkring 4 % av sin försäljning på FoU. Det bör gynnas av nya regleringar kring PFAS (Per- och polyfluoralkylsubstanser, eller evighetskemikalier), med över 6 000 anläggningar som behöver sådan PFAS‑behandling.

Xylem har vuxit stadigt, med nettoresultatet som ökade från 297  miljoner dollar år 2012 till 609  miljoner dollar år 2023 samtidigt som de behåller en stabil EBITDA‑marginal på 17‑219 %.

Sammanfattningsvis gör detta företagets investeringsprofil mer lik en verkställande bolagsprofil (ofta cyklisk) och mer som en verkställande bolagsprofil som växer med den övergripande ekonomin eller något över den takten, likt de flesta av dess konsumenter.