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全球水資源產業成長機會

殷正華、楊侑馨/ 發布日期:2024/03/27/ 瀏覽次數:125

2022年在美國、歐洲和南亞出現極端乾旱和洪水,凸顯了水安全的重要性,顯示除了水取得、效率和復原力外,還有其他需要思考的方面。根據Frost & Sullivan估計,全球水資源相關市場正在轉型,價值高達8000億美元,其中有200億美元專注於水相關智慧解決方案和服務。本報告聚焦於10個水資源產業在循環經濟中出現的新興成長機會。

一、淨零水利事業:

在2050年或2070年實現淨零碳排已儼然是全球共同目標,水利事業的碳排放量僅佔3%,雖然相對較小,但重要性不可言喻。水利事業的溫室氣體排放主要來自四個流程:供水服務(提取、處理、供水)、廢水處理(收集、或再利用)、汙泥或生物固體(處理、運送、丟棄)、辦公大樓與旅遊,其中前兩項佔比最高。英國水利事業部門在2020年便以國家層級宣示,由於能源成本飆漲20%,要在2030年提前達成淨零目標,而該國水利事業部門在2011-2012年至2018-2019年間已成功將溫室氣體減排了一半,降至2.4噸二氧化碳當量,充分展現了實現淨零碳排的潛力。
成長機會:
1. 利用太陽能、風能等可再生能源在水利設施現場發電,降低能源依賴度。
2. 將廢水中的甲烷等再生能源納入電網,提高能源利用效率。
3. 加強水與廢水基礎設施的能源效率,降低能源消耗。
4. 探索自然解決方案,如生態恢復,以及研究綠氫等新興技術的應用。

 

二、智慧水質與水量監測平台:

管理因水滲漏的無收益水 (Non revenue water, NRW)有助於保存珍貴的水資源,智慧感測器及水表便是偵漏的利器,數位化管理平台更有利於水的配送。因此,相關投資導向更精準、無須維修的靜態、超音波水表。英國、法國、德國、西班牙、義大利、澳洲、紐西蘭、美國、加拿大、荷比盧聯盟、丹麥的領先水利事業,更是積極佈建通訊網路如NB IoT、LTE M及LoRaWAN等,支援智慧水感測裝置。
成長機會:
1. 全球智慧水表市場銷售數量持續成長,未來結合物聯網技術,推動新的商業模式,如:
(1)    「平台即服務」:整合智慧水表數據,提供客製化服務。
(2)    「NRW管理效益即服務」:針對無收益水管理提供服務,提高效益。

 

三、水利事業的數位分身(Digital twins, DT):

全球公共事業面臨設施與勞動力老化的窘境,同時承受氣候變遷的破壞與預算撙節的壓力。虛擬數位分身系統能夠複製實體基礎建設,以較低成本模擬或預測營運的成本、效率與彈性,以加速中小型水利公司的開展速度。水利事業數位分身解決方案通常聚焦在水處理技術或網路基礎建設領域,採用地區包含澳洲、紐西蘭、荷比盧聯盟、丹麥、英國、義大利、西班牙、阿拉伯聯合大公國、美國、德國、中國及韓國。
成長機會:
1. 在全球水利數據的自動化監測與數據收集上,後疫情時代,投資轉向能同時偵測水質與水量的數位分身解決方案。
2. 亞太、拉丁美洲、中東及非洲等地區積極佈署精簡版的水利事業數位分身系統,以追趕歐美的步伐。

 

四、智慧型廢水及雨水管線網路:

減少污水外溢有助於維持良好的環境與公共衛生,下水道與雨水收集管網對智慧城市的發展至關重要。歐洲經濟區國家、美國、中國、澳洲在相關管線網路的建置居世界領先地位,中國與英國更積極在2025年前擴增下水道網絡或加碼投資計畫。由於環境壓力、管線老舊爆裂、污物堵塞等因素導致的污水外溢,將帶來高昂的社會與經濟成本。因此,利用數位分身優化下水道營運與維護,降低風險並增加復原彈性,至關重要。
成長機會:
1. 利用智慧感測器和人工智慧/機器學習的數據分析,預測或監控管線網爆裂或污水外溢事件。
2. 根據天氣監測和雨水、廢水生成模式優化抽水站和管線網路容量。
3. 根據情況評估和監控管線是否需要重建。

 

五、先進濾膜材料與膜生物反應器:

都市化與氣候變遷使得供水壓力倍增,驅動海水淡化及回收水技術的需求。濾膜是此類技術的核心,維繫處理流程、能源效率及供水品質,也影響營運支出與投資報酬率。目前濾膜市場已經歷過顛覆性的產品創新,具有各種高過濾效率、低能耗、高壽命、以及減少污垢功能之濾膜產品。此外,搭配數位解決方案更可以即時顯示水質特性,促進流程之優化。
成長機會:
1. 陶瓷膜 (ceramic membranes)市場正高速成長中,由於其具有投資費用相對較低及高過濾能力之優勢。
2. 陶瓷膜生物反應器 (membrane bioreactors, MBRs)市場也將成長,由於其耐用性高,以及對具有高含量混合液懸浮固體(mixed liquor suspended solids, MLSS) 之水體耐受度佳。
3. 中空纖維奈米過濾 (hollow fiber nanofiltration)膜由於其穩健及高選擇性的特性,在市場上取得了快速成長及廣泛應用。將逐漸取代超過濾(ultrafiltration)及逆滲透 (reverse osmosis, RO)膜,成為淡水過濾及廢水回收處理的利器。
4. 未來五年內,膜的在地化生產將會增加,特別是對膜系統有高需求的地區。預期現場生產 (on-site production)客製化3D列印濾膜將進一步帶來新興機會。

 

六、PFAS水處理解決方案與服務:

全氟/多氟烷基物 (perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances, PFAS) 在各產業廣泛應用,儘管具有許多優點,但由於難以分解,易造成環境污染。美國跨黨派基礎建設法將於未來5年投入100億美元用於清除PFAS和其他新興污染物,其中90億將用於處理自來水中的PFAS。生物工程、電解和熱處理等創新技術將在未來5年加速發展,預計將引發市場競爭激烈的局面。
成長機會:
1. 美國環保署訂定了各種衍生物的毒性閾值標準,實驗室檢驗需求不斷增加。
2. 端到端的一站式服務將成為必需,提供更低成本、更快速的整合式檢驗方法將成為市場競爭的關鍵。

 

七、水利服務私有化:

水利市場的競爭越來越激烈,全球12億人口的用水需求主要由50家大型企業供應。私人水利公司積極投資智慧水表、防漏數位解決方案等創新技術,以達到聯合國永續發展目標#6的安全飲用水與衛生要求。南非、印度和許多非洲國家最近紛紛將私營企業納入國家水政策。
成長機會:
1. 許多城市需要引入更多私有資金以應對財務壓力。
2. 巴西等國立法允許更多私人企業參與水管理與服務的公私合營模式,區域市場生態正在轉變。
3. 私人公司應重點建立效率化的水與廢水收集網路,更新老舊設施並加速採用數位解決方案以提高效率。

 

八、水的循環經濟:

氣候變遷凸顯了基礎建設恢復彈性的重要性。若設施符合循環經濟要求,可降低成本、提高復甦效率。循環經濟趨勢逐漸朝向減少供應鏈中斷、提高設施效率、優化資源效率等方向發展,有助於營運收支與永續經營。水資源的循環利用包括廢水中營養物、海水淡化的鹽、廢水淨化再利用或污泥分解發電等。
成長機會:
1. 由於俄烏戰爭的影響,礦物肥料商業生產受到衝擊。從污泥中回收的氨和磷可作為生物肥料,而從鹽水中回收的鹽也可再利用。
2. 採用以服務為主的商業模式,以回收物的銷售作為主要方式,可以提高投資回報率並降低價格敏感度。

 

九、分散式的水與廢水處理系統:

在不適合建立集中設施的區域,可將供水和廢水分開處理,利用當地水源取水,再局部處理、回收和再利用廢水,從而減少供水和廢水的運輸成本,並降低對能源的需求。
成長機會:
1. 理想的分散式處理系統應具有隨插即用(Plug and Play, PnP)、低碳足跡的模組化安裝、標準化設計與工程、數位化遠端智慧操控等功能。
2. 在北美和亞太地區,業者正積極整合高能源效率的再生能源,以滿足對價格敏感的客戶需求。
3. 提供即時智慧化數位平台的能力將成為競爭的關鍵要素。透過「水即服務 (Water as a Service) 」的商業模式,可實現分散式處理系統的目標。

 

十、厭氧消化與可再生的海水淡化:

歐盟實施了REPowerEU策略,旨在2030年將甲烷生成量從2020年的3bcm提高至35bcm,以減少對化石燃料的依賴。然而,歐洲、北美和中國的缺水情況影響了生質能源的產量。北美和歐洲採用公共投資的方式,利用厭氧消化處理污泥來解決能源需求,而沙烏地阿拉伯和阿拉伯聯合大公國則採用太陽能發電來協助海水淡化。
成長機會:
1. 全球厭氧消化市場規模達20.3億美元。若廢水處理系統廠商與污泥處理廠商合作,處理廢水有機廢物和污泥,可提高沼氣生成量。
2. 沙烏地阿拉伯和阿拉伯聯合大公國成功利用太陽能發電來淡化海水的經驗,激勵了類似投資。近期摩洛哥啟用了風能海水淡化廠、埃及在14個新建的淡化廠中,部分使用太陽能供電。

 

 

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