Solar-Powered Desalination – Pagsugpo sa Kakulangan ng Tubig para sa 2.2B na Tao

Ang problema ng kakulangan sa tubig ay mas mapanghamong kaysa sa ating maiisip. Ayon sa datos na inilahad ng United Nations Environment Programme, halos 50 porsyento ng populasyon ng planeta, na katumbas ng halos 4 bilyong tao, ay nakakaranas ng kakulangan sa tubig nang hindi bababa sa isang buwan bawat taon.

Ayon sa makasaysayang pagtataya na binanggit sa artikulong ito noong 2024, maaaring umabot sa 1.8 bilyon ang makararanas ng “absolute water scarcity” pagsapit ng 2025. Pagtataya ito, hindi pagsukat ng aktuwal na bilang noong 2025.

Kailangan ng mga makabagong solusyon upang harapin ang malawakang kakulangan sa tubig, kabilang ang paggamit ng mga mapagkukunang hindi pa lubos na napapakinabangan.

Isang halimbawa ang paggawa ng inuming tubig mula sa saganang tubig-dagat. Mas makabubuti kung magagawa ito gamit ang nababagong enerhiya, tulad ng solar power.

Matipid sa Enerhiyang Aparato para Gumawa ng Inuming Tubig mula sa Tubig-dagat

Kailangan ang desalination upang alisin ang asin sa tubig-dagat. Sa reverse osmosis, ipinadadaloy ang tubig nang may presyon sa mga lamad. Ang paggamit ng enerhiya, pagkabara at pag-ipon ng asin ay maaaring magpataas ng gastos at mangailangan ng paglilinis at maintenance. Hindi ibig sabihin nito na hindi maaaring patuloy na patakbuhin ang ganitong mga planta.

Isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa University of Waterloo ang nakabuo ng isang solusyong hango sa likas na siklo ng tubig, na malaki ang inspirasyon mula sa paraan kung paano nagdadala ng tubig ang mga puno mula sa ugat patungo sa dahon.

Ayon kay Dr. Michael Tam, isang propesor sa Department of Chemical Engineering ng Waterloo:

“Nakuha namin ang inspirasyon sa pagmamasid kung paano napapanatili ng kalikasan ang sarili nito at kung paano sumisingaw at namumuo ang tubig sa kapaligiran.”

Layunin ng disenyong hango sa likas na siklo ng tubig na bawasan ang pag-ipon ng asin at ang pangangailangan sa maintenance.

Pinabibilis ng disenyo ang pagsingaw, paglipat at pagkondensa ng tubig. Nakatutulong ang pagbalik ng asin sa pinanggalingang tubig upang mabawasan ang pagbara at mapanatili ang pagganap ng aparato.

Gumagamit ang aparato ng solar energy. Iniulat ng mga mananaliksik ang halos 93% na kahusayan sa pag-convert ng enerhiya ng sikat ng araw sa init; hindi ito 93% na pag-convert sa kuryente.

Iniulat nila ang mataas na ani ng tubig-tabang, na umaabot sa humigit-kumulang dalawampung litro bawat metro kuwadrado. Ang paghahambing sa ibang sistema ay nakasalalay sa panahon ng pagsukat, sikat ng araw at iba pang kundisyon; hindi direktang maihahambing ang kahusayan ng pagsingaw sa kabuuang kahusayan ng isang planta ng reverse osmosis.

Ang dalawampung litro ay isa ring sangguniang dami para sa pang-araw-araw na pangunahing pangangailangan ng isang tao sa inuming tubig at kalinisan. Kailangang isaalang-alang ang oras ng produksyon at pagkawala sa pagkolekta sa praktikal na paggamit.

Upang magamit nang mahusay ng aparato ang solar energy, ginamit ng mga mananaliksik ang base material na Nickel (Ni). Ang nickel foam foundation ay nilagyan ng conductive polymer coating at thermoresponsive pollen particles. Ang komposisyon ay nagpadali sa materyal na sumipsip ng sikat ng araw sa buong spectrum ng solar radiation.

Para sa pag-akyat ng tubig, isang manipis na patong ng maalat na tubig ang pinainit at dinadala. Katulad ito sa kung paano naglalakbay ang tubig sa natural na capillaries ng puno. Ang pag-evaporate ng tubig ay nagdudulot sa natitirang asin na bumaba sa ilalim ng aparato.

Nagbibigay ang simpleng disenyo ng pag-asang mapalawak ang paggamit nito, ngunit kailangan pa ng pagsusuri bago ang malawakang pagpapatupad. Maaaring maging kapaki-pakinabang ang pagiging portable nito sa malalayong baybayin at isla.

Habang binubuod ang kabuuang benepisyo ng solusyon, sinabi ni Dr. Yuning Li, isang propesor sa Department of Chemical Engineering ng Waterloo:

“Ang bagong aparatong ito ay hindi lamang epektibo kundi portable din, na ginagawang perpekto ito para magamit sa mga remote na rehiyon kung saan limitado ang access sa sariwang tubig.”

Upang higit pang ilahad ang mga posibleng benepisyo, sinabi ni Dr. Michael Tam ang sumusunod:

“Kung mapatunayan na matagumpay ang pagsusuri, ang teknolohiya ay maaaring patuloy na magbigay ng sariwang tubig sa mga baybaying komunidad at itaguyod ang mga layunin ng UN Sustainable Development goals tatlo, anim, sampu at labindalawa.”

Nagbibigay ng pag-asa ang pananaliksik sa mga gumagawa ng napapanatiling suplay ng tubig-tabang. May iba pang pangkat na gumagawa rin ng kaugnay na mga solusyon.

Sa susunod na bahagi, tatalakayin natin ang portable na yunit ng desalination na binuo ng mga mananaliksik ng MIT noong 2022.

I-click dito upang malaman kung paano makatutulong ang solar energy sa mas maliwanag na kinabukasan.

Portable na Desalination Unit para Lumikha ng Malinaw, Malinis na Inuming Tubig

Noong Abril 2022, ipinakilala ng mga mananaliksik ng MIT ang isang portable na yunit ng desalination na mas magaan sa 10 kilogramo at halos kasinlaki ng maleta. Maaari itong paandarin ng maliit na solar panel na nagkakahalaga ng humigit-kumulang US$50. Ang presyong iyon ay para sa solar panel, hindi sa mismong yunit. Gumagamit ang sistema ng elektrikal na paghihiwalay sa halip na mga pansalang kailangang palitan.

Teknik na Ion Concentration Polarization na Ginagawang Walang Filter ang Unit

Bunga ng sampung taong pananaliksik ang sistemang gumagamit ng electric field at mga lamad sa itaas at ibaba ng daluyan ng tubig. Inililihis nito ang mga may kargang partikulo, kabilang ang mga ion ng asin, bakterya at virus, patungo sa hiwalay na daluyan. Nakatutulong ito sa pag-aalis ng mga natunaw at nakalutang na sangkap.

Gumamit ang mga mananaliksik ng machine learning upang piliin ang kombinasyon ng mga hakbang: anim na ICP module sa unang yugto, tatlo sa ikalawa, at isang hakbang ng electrodialysis pagkatapos. Hindi anim lamang ang kabuuang bilang ng mga module.

Upang mapadali ang malawak na paggamit, dinisenyo ang aparato upang masimulan ang awtomatikong desalination at paglilinis sa pagpindot ng isang pindutan.

Maaari rin nitong ipaalam sa mga gumagamit kapag ang antas ng salinidad at bilang ng mga particle ay bumaba sa isang tiyak na tolerable threshold. Upang gawing simple at intuitive ang pagbasa ng data, nag-alok ang mga mananaliksik ng isang smartphone app na kayang kontrolin ang unit nang wireless at iulat ang lahat ng magagamit na data tungkol sa konsumo ng enerhiya at salinidad ng tubig sa real-time.

Pinondohan, sa bahagi, ng DEVCOM Soldier Center, ang Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), ang Experimental AI Postdoc Fellowship Program ng Northeastern University, at ang Roux AI Institute, nagbigay ang pananaliksik ng kasiya-siyang resulta.

Inilabas ng mga mananaliksik ang solusyon mula sa laboratoryo at sinubukan ito sa Carson Beach ng Boston. Ang nabuong tubig ay lumagpas sa mga alituntunin ng World Health Organization sa kalidad sa pamamagitan ng pagbawas ng bilang ng suspended solids ng hindi bababa sa factor na 10, habang ang prototype ay nag-generate ng inuming tubig sa rate na 0.3 litro kada oras, na nangangailangan lamang ng 20 watt-hours kada litro.

Sa paglalatag ng kahalagahan ng eksperimento, sinabi ng senior author na si Jongyoon Han, isang propesor ng electrical engineering at computer science at ng biological engineering at miyembro ng Research Laboratory of Electronics (RLE), ang sumusunod:

“Ito ang bunga ng sampung taong paglalakbay namin. Matagal naming pinag-aralan ang pisika ng bawat proseso ng desalination. Napakahalaga at kasiya-siya para sa akin na pagsamahin ang mga iyon sa isang kahon, bumuo ng isang sistema at maipakita ito sa dagat.”

Mahalaga rin ang ambag ng mga kumpanya: nangangailangan ang malawakang paggamit ng mga solusyong maaaring palakihin para sa komersyal na operasyon.
Sa mga susunod na bahagi, titingnan natin ang ilang kumpanya.

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

Nagbibigay ang kumpanya ng mga serbisyo sa inhinyeriya para sa kumpletong disenyo at pagtatayo ng mga sistema ng desalination ng tubig-dagat gamit ang reverse osmosis. Saklaw ng mga serbisyo nito ang pag-install, pagpapalawak at pagbabago sa umiiral na mga pasilidad.

Ang kumpanya, na nakalista at nakakalakal sa Nasdaq, ay nagsasagawa ng pamamahala, engineering, at construction services para sa desalination sa pamamagitan ng DesalCo, kinikilala ng mga supplier bilang Original Equipment Manufacturer (OEM) ng mga reverse osmosis seawater desalination plants para sa Kumpanya.

Sa teknolohikal na aspeto, kinikilala ng kumpanya ang dalawang pangunahing pamamaraan para sa desalination:

(i) Destilasyong gumagamit ng init
(ii) Paghihiwalay gamit ang mga lamad.

Mas pinipili ng kumpanya ang paghihiwalay gamit ang lamad dahil sa mas mababang pangangailangan sa enerhiya. Gumagamit ito ng reverse osmosis para sa maalat-alat na tubig at tubig-dagat. Ipinadadaloy ang tubig nang may presyon sa isang semipermeable na lamad na nagpapadaan ng tubig habang hinaharangan ang karamihan ng natunaw na asin.

Ang Seawater Reverse Osmosis plant ng Consolidated Water (CWCO ) ay nakabase sa Nassau, New Providence, Commonwealth of the Bahamas. Inilunsad noong Hulyo 2006, ang planta ay may operating capacity na magproseso ng 12 milyong US gallons ng tubig bawat araw.

Noong 2023, natapos ng kumpanya ang pagkuha ng natitirang 39% ownership ng PERC Water Corporation (“PERC”) upang maging 100% na may-ari ng subsidiary na ito, na nagdidisenyo, nagtatayo, nagpapatakbo, at namamahala ng mga pasilidad ng water infrastructure sa Southwest U.S.

Sa parehong taon, ang PERC ay nanalo ng bagong kontrata na $204 milyon para magdisenyo, magtayo, at magpatakbo ng bagong desalination facility sa Honolulu, Hawaii.

Ang retail operations ng kumpanya sa Cayman Islands ay gumagawa ng inuming tubig sa tatlong seawater reverse osmosis desalination plants sa Grand Cayman na matatagpuan sa kanilang Abel Castillo Water Works (“ACWW”) at West Bay sites.

Ang kasalukuyang kabuuang production capacity ng dalawang planta na matatagpuan sa ACWW ay 3.0 milyong galon ng tubig bawat araw. Ang production capacity ng West Bay plant ay 1,000,000 galon ng tubig bawat araw.

Noong 2023, umabot sa US$180.2 milyon ang benta ng kumpanya, mula sa US$94.1 milyon noong 2022. Nakapagtala ito ng US$30.7 milyon na netong kita at US$1.93 na kita bawat bahagi mula sa nagpapatuloy na operasyon. Umabot sa US$38.29 ang presyo ng karaniwang bahagi noong Nobyembre 2023, isang rekord noong panahong iyon.

#2. Veolia 

Ang kumpanya ay nakikita ang desalination bilang isang pangunahing solusyon upang labanan ang kakulangan sa tubig. Inaangkin nilang nakapagtayo ng daan-daang desalination plants at systems sa buong mundo, na nagpoprodyus ng freshwater para sa parehong municipal at industrial na pangangailangan. Ang pinakabagong flagship projects ng kumpanya ay kinabibilangan ng Al Dur 2 plant sa Bahrain, Rabigh 3 plant sa Saudi Arabia, at Umm Al Quwain IWP plant sa UAE.

Mula pa noong 2007, ang kumpanya ay responsable sa pagtatayo at pagpapatakbo ng seawater reverse osmosis plant ng Sur, kasama ang Oman Power and Water Procurement Company (OPWP). Ang pasilidad ay nagbibigay ng inuming tubig sa mahigit 600,000 katao. Ang Veolia ay nagtatayo rin ng desalination facilities para sa pang-industriyang pangangailangan.

Ang Barrel technology ng Veolia ay isang compact at modular na sistema ng RO desalination. Maaaring mapabilis ng plug-and-play na disenyo ang pag-install, habang nagbibigay-daan ang mga digital sensor sa pagsubaybay mula sa malayo.

Ang Veolia, bukod sa mga direktang solusyon sa desalination, ay tumutulong din sa kanilang mga kliyente sa pamamagitan ng kombinasyon ng digital tools at expertise na nagpapasmart, ligtas, at mas sustainable na mga proseso.

Nag-aalok ang kumpanya ng mga serbisyong angkop sa pangangailangan ng umiiral na mga pasilidad. Maaari ring umupa ang mga kliyente ng mobile na kagamitan para sa pansamantala o pangmatagalang paggamot ng tubig. Nagbibigay ang mga programa nito sa water hygiene at HYDREX ng mga kemikal na solusyong tumutulong sa pagganap ng mga pasilidad.

Ang Veolia (OTC: VEOVY) shares ay nakalista sa over-the-counter (OTC) market. Sa unang kalahati ng 2024, ang kumpanya ay nagrehistro ng revenue na 22.141 bilyong Euro, bahagyang pagbaba mula sa H1 2023 revenue na 22.755 bilyong Euro. Mula sa 22.141 bilyong ito, halos 8.8 bilyong Euro ay nagmula sa business division na naglilingkod sa pangangailangan ng tubig. Ang natitirang dalawa ay nauukol sa waste at energy.

Ang Lumalaking Kahalagahan ng Desalination

Malaking bahagi ng tubig ay nagmumula na sa desalination. Ayon sa datos na inilahad ng International Desalination Association, ang kabuuang kontratang kapasidad ng desalination ay ngayon lumagpas na sa 100 milyong m3/d at halos 60% ng desalination ay nakalaan para sa konsumo ng tao. Tinatayang humigit-kumulang 300 milyong tao ang umaasa sa desalination para sa pang-araw-araw na pangangailangan. Napakalaki ng ambag nito sa suplay ng inuming tubig ng mga bansang tulad ng Kuwait.

Gayunpaman, ang mga proyekto ng desalination ay hindi pa pantay-pantay na naipamahagi sa buong mundo. Ang mga rehiyon ng Middle East at North America ay sabay-sabay na kumakatawan sa higit sa 70% ng kapasidad ng desalination sa mundo. Ang Middle East lamang ay kumakatawan sa mahigit 53% ng kabuuang kapasidad sa mundo, hindi sa 53% ng nabanggit na 70%.

Ang datos ay nagpapakita rin na may higit sa 21,000 seawater desalination plants noong 2022, na may pandaigdigang produksyon na humigit-kumulang 99 milyong metro kubiko bawat araw. Lumilikha rin ang desalination ng puro at maalat na natitirang tubig na tinatawag na brine. Nag-iiba ang dami, alat at temperatura nito ayon sa planta at teknolohiya. Maaaring makapinsala ang pagtatapon nito sa lokal na ekosistema kaya kailangan ang maingat na pamamahala.

Kailangan ng karagdagang pananaliksik upang mabawasan ang epekto sa kapaligiran. Makatutulong ang solar energy sa pagbawas ng emisyon, ngunit mahalaga rin ang matipid na paggamit ng tubig at ligtas na pagproseso at pagtatapon ng brine. Hindi kailangang gawing inuming tubig ang halos lahat ng pumapasok na tubig-dagat upang maging napapanatili ang desalination; kailangan ang angkop na disenyo para sa bawat lugar.

Maaaring dalhin ng mahusay na transportasyon at distribusyon ang tubig-tabang sa mga lugar na malayo sa baybayin, kabilang ang tuyong mga rehiyong walang malapit na malaking pinagkukunan ng inuming tubig.

I-click dito upang malaman kung paano makakatulong ang solar energy na magbigay ng malinis na tubig sa mga tuyong rehiyon.