Sustenableng desalination: paano binabago ng teknolohiyang solar ang pagtugon sa kakulangan sa tubig

Ang tubig ay buhay

Madalas pagtuunan ng mga mamumuhunan at teknologo ang mahahalaga o kapaki-pakinabang na likas na yaman, gaya ng ginto, rare earth elements at lithium. Ngunit napakalaking dami ng isang mas pangkaraniwang yaman ang kailangan araw-araw upang mapanatili ang ating kabihasnan: tubig-tabang.

Bagaman umuulan sa malaking bahagi ng mundo, nahihirapan pa ring matugunan ang pangangailangan sa tubig para sa industriya, agrikultura at mga tao.

Humigit-kumulang 2.5% lamang ng tubig sa mundo ang tubig-tabang; ang karamihan ay tubig-alat sa mga karagatan at ilang imbakan sa ilalim ng lupa. Sa tubig-tabang, humigit-kumulang 69% ang nasa mga glacier at takip-yelo, 30% ang nasa ilalim ng lupa, at maliit na bahagi lamang ang nasa ibabaw. Hindi lahat ng tubig-tabang na ito ay madaling makuha o agad na ligtas inumin.

Pinagmulan: USGS

Sa ilang lugar, tubig-alat o tubig na bahagyang maalat lamang ang madaling makuha. Maaaring alisin ang asin sa pamamagitan ng desalination, ngunit nangangailangan ito ng enerhiya. Maraming pasilidad ang gumagamit ng kuryenteng nagmumula sa fossil fuels; nakadepende sa teknolohiya at disenyo ang dami at katatagan ng suplay ng enerhiyang kailangan.

Isang paraan upang mabawasan ang pangangailangang mag-imbak ng enerhiya ang sistemang binuo ng mga inhinyero sa MIT. Inilathala ang pag-aaral noong 2024 sa Nature Water sa ilalim ng pamagat na “Renewable desalination without energy storage: direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control.”

Desalination gamit ang enerhiyang solar

Maaaring maging angkop ang enerhiyang solar sa desalination. Walang bayad ang sikat ng araw mismo, bagaman may gastos ang mga panel at kagamitan. Madalas ding sagana ang sikat ng araw sa tuyong mga lugar na nangangailangan ng karagdagang tubig.

Habang bumababa ang gastos ng mga sistemang solar, maaari pang lumawak ang paggamit ng mga ito, gaya ng tinalakay sa artikulong “Ang panahon ng solar: mas maliwanag na kinabukasan para sa sangkatauhan.”

Nagbabago ang produksiyon ng mga solar panel ayon sa sikat ng araw. Ang isang pasilidad na kailangang tuloy-tuloy na gumana ay maaaring mangailangan ng baterya o ibang suplay ng enerhiya, na nagdaragdag sa gastos.

Sa reverse osmosis, itinutulak ng presyon ang tubig sa mga lamad upang maihiwalay ang asin. Kailangang mapanatili ang angkop na presyon at daloy para sa mahusay na operasyon. Maaaring gumamit ng pagkontrol sa sistema upang tugunan ang nagbabagong suplay ng enerhiya.

Maaaring maging hadlang sa murang maliliit na pasilidad ang gastos sa pag-iimbak ng enerhiya, ngunit hindi nito ginagawang imposible ang lahat ng maliitang desalination. Tinalakay namin ang mga umuunlad na opsiyon sa “Ang kinabukasan ng pag-iimbak ng enerhiya: teknolohiya ng mga baterya para sa malalaking sistema ng kuryente”. Isa pang paraan ang pag-angkop mismo ng desalination sa pabago-bagong lakas ng mga solar panel, kahit sa mabilis na pagbabago kapag dumaraan ang mga ulap.

Flexible batch electrodialysis

Ito ang pamamaraang sinuri ng mga mananaliksik sa MIT. Sa electrodialysis, ginagamit ang electric field upang ilipat ang mga ion ng asin sa mga piling lamad habang dumadaloy ang tubig sa isang hanay ng mga ion-exchange membrane. Naiiba ito sa reverse osmosis.

Pinagmulan: Nature Water

Sa naunang flexible batch electrodialysis system, gumamit ang pangkat ng model-based control at mga sensor upang tukuyin ang angkop na bilis ng pagbomba at boltahe para sa pag-aalis ng asin.

Sa ganitong paraan, naiaangkop ang operasyon sa kuryenteng ginagawa ng mga solar panel sa oras na iyon.

Pinagmulan: Nature Water

Sa naunang sistemang iyon, direktang nagamit ang humigit-kumulang 77% ng makukuhang kuryente mula sa mga solar panel. Tinatayang 91% itong mas mataas kaysa sa batayang disenyo ng pangkat. Ang 91% ay relatibong pagtaas sa paggamit ng enerhiya, hindi kahusayan sa pag-aalis ng asin.

Karagdagang Pagpapabuti

May puwang pang mapahusay ang naunang disenyo. Bawat tatlong minuto lamang nito muling kinakalkula ang mga setting, kaya kailangan pa ng bateryang sasalo sa mas mabilis na pagbabago ng sikat ng araw.

Ipinaliwanag ni Amos Winter na maaaring dumaan ang isang ulap sa pagitan ng mga pagkalkula at biglang bumaba ang kuryenteng ginagawa ng mga panel.

Kapag mas mataas pa rin ang hinihinging lakas ng sistema kaysa sa kasalukuyang nalilikha ng mga panel, kailangang punan ng baterya ang kakulangan. Sa bagong flow-commanded current control system, inaangkop ang operasyon nang tatlo hanggang limang beses bawat segundo. Sa mga pagsubok, nagamit nito ang mahigit 94% ng kuryente mula sa mga panel at halos naalis ang pangangailangan sa malaking buffer battery.

Amos Winter – Direktor ng K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center sa MIT

Ang bagong sistema ay isang demonstrasyong pananaliksik. Noong inilathala ang ulat noong 2024, plano ng pangkat na magtatag ng kumpanya upang maipagpatuloy ang pagbuo nito; hindi pa ito katumbas ng malawakang komersiyal na paggamit.

Nagbigay rin ng kagamitan at iba pang suportang hindi salapi ang Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) at ang Xylem Goulds (XYL ).

Hindi Lang Tubig-Dagat

Nakatuon ang pagsubok sa bahagyang maalat na tubig sa ilalim ng lupa sa New Mexico. Para sa mga pamayanang malayo sa dagat, maaari itong maging mahalagang mapagkukunan kung mababawasan ang asin sa angkop na antas.

Ayon kay Jonathan Bessette, maraming pamayanang nasa loob ng lupain ang umaasa sa tubig sa ilalim ng lupa. Maaaring makatulong ang teknolohiya sa mga liblib na lugar na mababa ang kita at may maalat na groundwater. Hindi nito awtomatikong nalulutas ang lahat ng epekto ng pagbabago ng klima o pagkasira ng mga aquifer.

Jonathan Bessette, mag-aaral ng PhD sa mechanical engineering sa MIT

Sa anim na buwang pagsubok, nakagawa ang bagong sistema ng hanggang humigit-kumulang 5,000 litro ng tubig bawat araw—tinatayang sapat para sa pangangailangang inumin ng 3,000 tao, hindi sa lahat ng kanilang gamit sa bahay. Isinagawa ang pagsubok sa Brackish Groundwater National Desalination Research Facility sa Alamogordo, New Mexico.

Hindi Lang mga Lugar sa Disyerto

Hindi lamang mga tuyong lugar gaya ng New Mexico o Saudi Arabia ang maaaring makaranas ng kakulangan sa tubig. Maaari rin itong mangyari sa mga rehiyong karaniwang maulan. Halimbawa, may mga mungkahing mag-angkat ang UK ng tubig-tabang mula sa Norway sa panahon ng tagtuyot.

Gayundin, may mga pamayanang First Nations sa Canada na nakaranas ng matagal na problema sa ligtas na inuming tubig. Nauwi ang mga problemang ito sa mga kaso at isang kasunduang humigit-kumulang C$8 bilyon noong 2021. Tumutukoy ito sa mga apektadong pamayanan, hindi sa kawalan ng ligtas na tubig sa buong Canada.

Samantala, maaaring makaapekto ang kakulangan sa tubig sa mahalagang industriya ng semiconductor ng Taiwan.

Maaaring palalain ng pagbabago ng klima ang ilang problemang ito, bagaman magkakaiba ang lokal na mga sanhi at pangangailangan.

Makikinabang din ang ilang rehiyon sa mas maaasahang suplay ng tubig para sa agrikultura. Napakalaki ng mapagkukunan sa karagatan, ngunit hindi walang hanggan o walang epekto ang produksiyon ng tubig mula rito: kailangang isaalang-alang ang enerhiya, gastos, pagkuha ng tubig at pagtatapon ng maalat na konsentrado. Hindi rin dapat ipagpalagay na pareho ang pagganap ng sistemang sinubok sa brackish groundwater at sa mas maalat na tubig-dagat.

Bukod sa desalination, pinag-aaralan din ang pagkuha ng tubig mula sa hangin gamit ang mga atmospheric water harvester.

Pamumuhunan sa Tubig

Ang pagkakaroon ng ligtas na inuming tubig at sanitasyon ay kinilala ng UN bilang karapatang pantao noong 2010. Malaki rin ang industriya ng tubig. Sa pagtatayang binanggit dito, nagkakahalaga ito ng $323 bilyon noong 2023 at maaaring umabot sa $617 bilyon pagsapit ng 2032, sa inaasahang taunang pinagsamang paglago na 7.5%. Isa itong pagtataya sa merkado, hindi garantisadong resulta.

Naaapektuhan ang sektor ng pagkakaroon ng likas na yaman at gastos sa enerhiya. Maaaring makatulong ang mas murang solar power at mga bagong teknolohiya, ngunit nakadepende pa rin ang mga resulta sa lokal na kondisyon, gastos sa imprastraktura at pagbabago ng klima.

Maaaring suriin ng mga nagnanais ng mas malawak na pagkakalantad sa sektor ang mga water ETF gaya ng Global X Clean Water ETF (AQWA), ang iShares Global Water UCITS ETF (IH2O), o ang Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT). Nagbibigay ang mga pondong ito ng pagkakalantad sa maraming kumpanya, ngunit may mga bayarin at panganib pa rin at hindi garantisado ang paglago o kita.

Mga kumpanyang tumutulong sa pamamahala ng tubig

Xylem Inc.

Kasama ng Veolia, kabilang ang Xylem sa malalaking kumpanya sa teknolohiya at paggamot ng tubig. Iniulat nitong mayroon itong humigit-kumulang 23,000 empleyado at operasyon sa mahigit 150 bansa noong 2023. Naglilingkod ito sa mga munisipalidad, industriya at iba pang customer.

Kabilang sa mahahalagang merkado nito ang inuming tubig at wastewater ng mga munisipalidad. Nagbibigay rin ito ng mga solusyon para sa pangangalagang pangkalusugan, enerhiya, pagkain at inumin, langis at gas, microelectronics at iba pang industriya.

Pinagmulan: Xylem

Nagbibigay ang Xylem ng mga teknolohiya para sa paggamot at pamamahala ng tubig, kabilang ang ozone at ultraviolet treatment, pagsasala, mga bomba, mga sensor at software. Nag-aalok din ito ng pag-install, pagkukumpuni at pagpapanatili ng kagamitan.

Pinagmulan: Xylem

Pira-piraso ang merkado ng teknolohiya sa tubig, na may maraming magkakaibang tagapagbigay. Bagaman malaking kumpanya ang Xylem, hindi nito kinakatawan ang buong pandaigdigang industriya. Nag-iiba ang pagtataya sa bahagi ng merkado ayon sa mga produkto at serbisyong isinasama sa kalkulasyon.

Noong 2023, gumastos ang Xylem ng $232 milyon sa pananaliksik at pag-unlad, humigit-kumulang 3.2% ng kita nitong $7.364 bilyon. Maaari ring lumaki ang pangangailangan sa paggamot ng tubig dahil sa mga regulasyon sa PFAS (per- at polyfluoroalkyl substances, na tinatawag ding “forever chemicals”). Nakadepende sa lokal na mga limitasyon, kontaminasyon at kagamitan ang pangangailangan at gastos sa pag-aalis ng mga ito.

Iniulat ng Xylem ang netong kita na $609 milyon at adjusted EBITDA margin na 18.9% noong 2023. Ang adjusted EBITDA ay isang panukat na inaayos ng kumpanya at naiiba sa netong kita.

May umuulit na pangangailangan sa mga produkto at serbisyo para sa tubig, ngunit hindi nito ginagawang utility ang Xylem o ginagarantiyahan ang paglago nito. Naaapektuhan pa rin ang negosyo ng mga badyet ng customer, kumpetisyon, pagpapatupad ng proyekto at mas malawak na kondisyon sa ekonomiya.