3D Nanoteknologisk Gennembrud Giver Rent Vand Renet af Sollys

At alle har adgang til sikkert, rent drikkevand er en af de største udfordringer, verden står over for i dag.

Omtrent halvdelen af verdens befolkning oplever ifølge FN’s World Water Development Report 2024 alvorlig vandknaphed i mindst en del af året. Vandunderskud er faktisk forbundet med en 10% stigning i global migration.

Lave niveauer af spildevandsbehandling forårsager dårlig vandkvalitet i lavindkomstlande, mens afstrømning fra landbrug er et stort problem i højindkomstlande.

Samtidig stiger efterspørgslen efter rent drikkevand, efterhånden som verdens befolkning vokser. Hurtig befolkningsvækst, urbanisering og stigende vandbehov fra energisektoren, landbrug og industri bidrager til den voksende vandefterspørgsel.

Data tyder dog på, at milliarder af mennesker vil mangle adgang til sikkert vand, sanitet og hygiejne i 2030. I 2022 havde 703 millioner mennesker ingen grundlæggende vandforsyning, mens et meget højere tal, 2,2 milliarder, manglede sikkert håndteret drikkevand.

Midt i dette bliver vandtilgængelighed mindre forudsigelig, mens vandknaphed forventes at stige med de stigende globale temperaturer på grund af klimaforandringer. Vandressourcer er også i fare på grund af forurening og vandbårne sygdomme.

Udfordringen ved ubehandlet spildevand

Det store flertal af industrielt affald, ifølge De Forenede Nationer, bortskaffes i udviklingslande uden at blive fuldt behandlet.

Meanwhile, only a small fraction of the world’s wastewater is adequately treated. According to the UN, the proposition of total wastewater receiving some level of treatment could only be calculated for 73 countries (42% of the world’s population), out og 107 countries (73% of the global population) that reported wastewater statistics for 2022.

Rapportering om industriel spildevandsbehandling er ekstremt begrænset, med data kun rapporteret fra 22 lande (8 % af verdens befolkning), hvor kun 38 % af industrielt spildevand er blevet rapporteret som behandlet. Desuden er kun 27 % af spildevandet blevet sikkert behandlet.

Hvad angår husholdningsspildevand, var 42 % ikke sikkert behandlet. Den primære årsag var manglen på et passende system til indsamling af gråt vand og sort vand.

Spildevand er vand, der genereres efter husholdnings-, industri- og kommerciel brug af råvand, ferskvand eller drikkevand. Det indeholder forskellige stoffer, der kan være skadelige for økosystemer og menneskers sundhed.

Stoffer som tungmetaller, organiske og uorganiske forurenende stoffer, patogener og industriel udledning, blandt andre, der indføres i vand, nedbrydes ikke naturligt, hvilket betyder, at de forbliver i miljøet.

Derudover findes der nye forurenende stoffer, herunder vaskemidler, industrielle kemikalier, lægemidler, cyanotoksiner, hormoner, per- og polyfluoralkylstoffer (PFAS) og nanomaterialer, som forårsager kaos.

Teknologisk innovation kan levere højtydende, omkostningseffektive behandlingsmuligheder for at sikre tilstrækkeligt rent, billigt vand til alle.

Nogle af disse innovationer inden for vandrensning omfatter avancerede membranteknologier såsom omvendt osmose (RO), ultrafiltrering (UF) og direkte kontakt membran destillation (DCMD).

Solcelledrevne filtre bruger solenergi for at gøre rent vand tilgængeligt i fjerntliggende områder. Nye teknologier som elektrokoagulation, mikrobielle brændselsceller og avancerede oxidationsprocesser hjælper også med at forbedre vandkvaliteten.

Endnu en teknologisk innovation, der driver vandrensning, er nanoteknologi, som tilbyder effektiv fjernelse af forurenende stoffer og mikroorganismer.

Nanoteknologi til effektiv vandbehandling

Konventionelle vanddesinfektionsmetoder er meget effektive og derfor udbredt anvendt, men de har deres egne ulemper. For eksempel er der ved klorering en risiko for dannelse af skadelige desinfektionsbiprodukter. Ultraviolet stråling kræver derimod betydelige energimængder og har begrænset effektivitet mod f.eks. tetracyklin-resistente E. coli.

For at forbedre vandbehandlingsprocesserne har forskere gjort teknologiske fremskridt, der har ført til brug af nanoteknologi i vandrensning til sikkert drikkevand.

Nanoteknologi involverer bevidst manipulation af materie på en meget lille skala, og den har potentialet til at spille en nøglerolle i at muliggøre integreret vandforvaltning for at øge effektiviteten af behandlinger og endda udvide vandforsyninger ved at bruge utraditionelle vandkilder.

For at øge adgangen til rent, sikkert drikkevand behandler nanoteknologi grundvand, overfladevand og spildevand med innovative nanomaterialer. Nogle af fremskridtene inden for nanoteknologi, der anvendes til spildevandsbehandling, omfatter magnetiske nanopartikler, bioaktive nanopartikler, nanofiltrering, nano-adsorbenter, nanokatalysatorer, nanopulver, nano-biocider og nanofibre.

Forskere har bredt demonstreret brugen af kulnanorør og nanocellulose til vandfiltrering. Disse metoder fjerner giftige tungmetaller fra vand, forhindrer biologiske og kemiske farer i at komme ind i vandet og adsorberer forurenende stoffer fra vandstrømme. Selv guldnanopartikler er blevet brugt til at rense vand for forurenende stoffer som pesticider og lægemidler.

Selvom nanoteknologi tilbyder lovende løsninger for rent drikkevand, står den over for potentielle sundheds- og miljørisici fra nanomaterialer samt større udfordringer i storstilet produktion og omkostninger, hvilket begrænser implementeringen.

Nu tilbyder forskere ved Ohio State University en ny metode til at rense drikkevand: 3D nanoteknologi-blanketter.

Fremstillet af titandioxid (TiO₂) nanofibre udnytter de sollys til at nedbryde skadelige forurenende stoffer i vand og generere bæredygtig energi. De producerer ikke giftige biprodukter, og teamet har værktøjerne til at skalere dem kommercielt.

En ny metode til at rense drikkevand

I den seneste undersøgelse, støttet af National Science Foundation, har forskere skabt et nyt materiale til at rense vand ved at fjerne farlige forurenende stoffer.

Det nye materiale er udviklet ved at kombinere to metoder — blød kemi-geler og blandings-elektrospinning.

Ved elektrospinning, en fiberproduktionsmetode, påføres elektrisk kraft på en opløsning for at skabe nanofibre. Metoden bruges almindeligt til at fremstille lange, kontinuerlige nanofibre. Teamet udviklede tynde fiberlignende strimler af titandioxid på denne måde.

Titandioxid (TiO₂) er en uorganisk forbindelse, der typisk anvendes i gassensorer, solceller, fotokatalyse og selv-rengørende teknologier.

Selvom forbindelsen er en god alternativ energikilde, er solenergisystemer, der bruger dens nanopartikler, normalt begrænsede i kraft. Dette skyldes, at de kun kan udføre fotokatalyse ved at absorbere usynligt ultraviolet (UV) lys, hvilket resulterer i lav effektivitet og kræver komplekse filtreringssystemer, der skaber udfordringer i implementeringen.

Desuden begrænser den korte levetid for de fotogenererede elektroner og huller i TiO₂-nanopartikler deres effektive udnyttelse, mens manglen på en let genanvendelig selvstøttende nanostruktur forbliver en udfordring.

Forskellige studier har undersøgt doping med forskellige metalioner såsom Ag (sølv), Fe (jern), Pd (palladium), Pt (platin), Zn (zink), Mn (mangan), B (bor) og Zr (zirkonium) for at overvinde disse begrænsninger og øge titandioxids fotokatalytiske egenskaber.

Men det var kobber (Cu), der viste lovende resultater. Tilføjelsen af dette bløde metal med meget høj termisk og elektrisk ledningsevne til materialet ændrede tingene. Dette krævede dog at reducere den optiske båndbredde og øge overfladeareal-til-volumenforholdet for Cu-dopet titania for at opnå ønsket fotokatalytisk aktivitet, hvilket medførte andre problemer.

Derfor måtte forskerne designe et system, der leverer stabile Cu-dopede TiO₂-nanopartikler med et højt overfladeareal-til-volumenforhold gennem nanofiber-baserede processer.

Klik her for at lære, hvordan solenergi-drevet afsaltning løser vandknaphed.

Et vandrenser- og energigenererende værktøj

Studiet, publiceret i tidsskriftet Advanced Science¹, beskrev de nye strukturer, som kaldes nanomåtter. Disse nanomåtter kan absorbere nok lysenergi til at nedbryde farlige forurenende stoffer i luft og vand.

“Der har ikke været en nem måde at skabe noget som et tæppe, som man kan lægge på vandet og begynde at generere energi. Men vi er de eneste, der har lavet disse strukturer og de eneste, der har demonstreret, at de faktisk fungerer.”

Det, som tilsætning af kobber gjorde ved titandioxid, var at det superladede processen med at ødelægge forurenende stoffer.

Under denne proces, når TiO₂ absorberer lys, dannes elektroner, som oxiderer vand og angriber forurenende stoffer, som destrueres, indtil de bliver harmløse.

For at fastslå det nye materiales høje effektivitet karakteriserede forskerne de opdaterede egenskaber ved nanomåtten. Dette hjalp dem med at forstå, hvordan den opførte sig, og hvad der præcist gjorde den anderledes end andre selv-rengørende nanopartikler.

Forskere fandt, at når de udsættes for naturligt sollys, kan disse nanomåtter være mere succesfulde i energiproduktion end traditionelle solceller.

“Disse nanomåtter kan bruges som en energigenerator eller som vandrenserværktøjer. På begge måder har du en katalysator med den højeste rapporterede effektivitet til dato.”

– Gouma

Desuden er disse fibermåtter lette, nemme at fjerne og kan flyde og fungere over enhver vandmasse. De er også genanvendelige og kan gennemgå flere rengøringscyklusser.

Givet den høje effektivitet af disse nanomåtter ser forskerne deres anvendelse i fjernelse af industrielle forurenende stoffer fra vand i udviklingslande og i at omdanne forurenede floder og søer til kilder til rent drikkevand.

Derudover gør det faktum, at denne teknologi ikke genererer nogen giftige biprodukter, nanomåtterne miljøvenlige.

“Det er et sikkert materiale, det vil ikke skade noget, og det er så rent som det kan være.”

– Gouma

Hvad angår kommercialiseringen af denne effektive teknologi, som teamet har de rette værktøjer til, afhænger det af, at industrierne bemærker den.

“Vi har værktøjerne til at fremstille dem i store mængder og overføre dem til forskellige industrier. Den eneste begrænsning er, at det kræver, at nogen udnytter disse rigelige ressourcer.”

– Gouma

Generelt tror teamet på nanomåttenes potentiale. De kunne bruges til at forsyne rent drikkevand i vandbehandlingsanlæg, fjerntliggende områder og katastrofehjælpsindsatser. Afhængigt af yderligere test og skalerbarhed kan kommercielle anvendelser opstå inden for 3 til 5 år.

Teamet mener, at disse nanomåtter også kan være lovende værktøjer i mange fremtidige fotokatalytiske anvendelser. Disse omfatter langsigtede bæredygtighedsinitiativer som soldrevet brintproduktion og miljørenovering.

Lige nu arbejder teamet på måder at videreudvikle materialet, som er fuldstændig nyt. Denne nye form for nanoteknologi, sagde Gouma, er “virkelig imponerende, og noget vi er meget begejstrede for.”

Innovativ virksomhed

Xylem Inc.  

Xylem er en global leder inden for vandteknologi, der udvikler innovative løsninger til vandrensning og -behandling, hvilket gør dem til en stærk kandidat til integration af nanoteknologi-baserede vandrensningssystemer.

Virksomheden tilbyder produkter inden for en række anvendelser, herunder vand, vandpumper, behandlingsudstyr, pumper, ventiler og varmevekslere. Den leverer også analytisk instrumentering til vandtestning og løsninger til intelligent brug og bevarelse af kritiske vand- og energiresurser.

Når det gælder spildevandsbehandling, leverer Xylem en biologisk proces kaldet aerobisk behandling, som foregår i nærvær af ilt og omdanner organisk materiale til kuldioxid og ny biomasse. Derudover findes anaerob spildevandsbehandling, som foregår i fravær af ilt, hvor mikroorganismer nedbryder organisk affald. Den anvendes typisk til behandling af varmt, højt koncentreret industrielt spildevand med en stor mængde biologisk nedbrydeligt organisk materiale.

Xylem tilbyder også en digital vandstyringsløsning kaldet Water One®, som optimerer dit vandbehandlingssystem for større effektivitet.

Virksomhedens desinfektionssystemer tilbydes til kommunale, industrielle og rekreative vandapplikationer. De omfatter analysatorer og processtyrere, udstyr til produktion af klordioksid, gassystemer, ozonsystemer, hypoklorsyre-genereringssystemer, ultraviolet desinfektionssystemer og mere.

Dens højrenhedsvandssystemer behandler vand gennem flere trin for at hjælpe dig med at opfylde kvalitetsstandarderne for kritiske anvendelser i laboratorier, sundhedssektoren, farmaceutisk industri og halvlederindustrien.

Xylems filtreringsløsninger dækker alt fra regenerative mediefiltre, skivefiltre, sandfiltre, højtydende mikrosandfiltre og trykfiltre til omvendt osmose-membraner, skruepumper, UF-systemer, mikrofiltation, dampfase-lugtkontrolsystemer og vandblødgørere. Dette giver et bredt udvalg af muligheder til rekreativ og industriel brug samt til swimmingpools og tertiær spildevandsbehandling for kommuner.

Nu er Xylem et selskab med en markedsværdi på 29,65 milliarder dollars, hvis aktier i skrivende stund handles til 122,02 $, op 5,17 % år‑til‑dato. Det har en EPS (TTM) på 3,65, en P/E (TTM)-ratio på 33,40 og en ROE (TTM) på 8,55 %. Virksomheden betaler en udbytteafkast på 1,31 %.

Hvad angår virksomhedens økonomi, rapporterede den for Q4 2024 en stigning på 7 % i omsætning til 2,3 milliarder dollars, mens ordrerne udgjorde 2,2 milliarder dollars. Indtjeningen pr. aktie for kvartalet var 1,34 $, op 22 %, og kom på en justeret basis på 1,18 $, op 19 %.

“Teamet leverede et stærkt fjerde kvartal for at afslutte et rekordbrydende år for Xylem. Alle segmenter leverede stærk vækst i Q4-ordrer, hvilket giver os momentum ind i 2025 på grund af robust underliggende efterspørgsel.”

– CEO Matthew Pine

Nettoresultatet i kvartalet var 326 millioner dollars, og justeret nettoresultat var 287 millioner dollars. Xylem øgede sit første kvartals udbytte med 11 % til 0,40 $ pr. aktie, som blev udbetalt til aktionærerne denne måned.

For hele året 2024 var omsætningen 8,6 milliarder dollars, en stigning på 16 %. Indtjeningen pr. aktie var 3,65 $, op 31 % og 4,27 $ på justeret basis, op 13 %.

For dette hele år er Xylems udsigt en omsætning mellem 8,6 og 8,7 milliarder dollars, og fri pengestrømsmargin forventes at være 9 til 10 %.

Virksomheden forventer, at indtjeningen pr. aktie for dette år vil ligge i intervallet 4,50 $ til 4,70 $. Ifølge Pine:

“Vores vejledning for 2025 afspejler teamets engagement i vores langsigtede ramme, mens vi fortsat gør det muligt for vores kunder at tackle verdens største vandudfordringer.”

Seneste om Xylem Inc.

Konklusion

Verden står over for en vandkrise, hvor millioner mangler adgang til sikkert drikkevand og sanitet. Denne vandknaphed skyldes en voksende befolkning, forurening, overudnyttelse og klimaforandringer. Situationen forventes at blive endnu værre i de kommende år, hvilket skaber et behov for omkostningseffektive og mere effektive løsninger til at tackle problemet.

Spildevandsbehandling er en sådan afgørende strategi, der kan hjælpe med at afbøde vandmangel ved at forbedre vandkvaliteten, øge vandadgangen, reducere afhængigheden af ferskvandskilder og gøre vand til en mere bæredygtig ressource.

Nanoteknologi har længe lovet at revolutionere vandrensning, men har endnu ikke opnået udbredt anvendelse. Således markerer udviklingen af 3D nanoteknologi-blanketter et betydningsfuldt gennembrud. Disse tæpper udnytter sollys til at fjerne forurenende stoffer, samtidig med at de genererer bæredygtig energi.

Den lette, genanvendelige karakter af disse nanomåtter, kombineret med fraværet af giftige biprodukter, gør dem til et miljøvenligt alternativ til konventionelle filtreringsmetoder. Efterhånden som industrierne lægger mærke til det, kan denne nye teknologi omdefinere vores tilgang til vandbehandling globalt. En vellykket kommercialisering vil imidlertid imødekomme de rene, sikre drikkevandsbehov for hundredvis af millioner af mennesker verden over!

Klik her for en liste over de bedste nanoteknologi-aktier.