Bæredygtighed
Hydrogen og ferskvand fra havvand? En solenergiløsning dukker op
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Besvarelse af efterspørgslen efter vand og hydrogen
Among the most required resources in many regions of the world with growing populations is freshwater. This is a growing concern, and potentially a factor of geopolitical instability, with, for example, diskussionen om, hvem der får lov til at bruge Nilen’s vand, næsten førte Egypten og Etiopien i krig.
Selvom afsaltningsmetoder bliver mere almindelige, er de meget energikrævende, og selv masseudrulning af solpaneler er ofte ikke nok.
En anden ting, vi har brug for, er mere vedvarende energi i en form, der kan lagres og bruges som brændstof til tungt udstyr og industri. I teorien ville hydrogen være en god mulighed, men det har indtil videre fejlet i at blive implementeret i stor skala på grund af for høje omkostninger.
Her kan solenergi også hjælpe, men omkostningerne ved hydrogenproduktion gennem elektrolyse har begrænset dens anvendelse.
Det ser ud til, at begge problemer kan tackles samtidigt med en ny solenergidrevet elektrolyseteknologi, der bruger ikke ferskvand, men havvand. Den producerer endda ferskvand som et biprodukt af sin hydrogenproduktion.
It was invented by researchers at Johns Hopkins University, Michigan State University, Cornell University, Lehigh University, and MIT, who published their results in the journal Energy & Environmental Science, under the title “Over 12 % effektivitet ved solenergidrevet grøn hydrogenproduktion fra havvand”.
Gøre havvand nyttigt
Seawater is maybe the most abundant resource on Earth, covering 70% of the planet’s surface. It is also easy to access for most of the world’s population, as more than 40% live in the 100km range (62 miles) from the nearest coast, and more than 50% in the 200km range (124 miles).
Kilde: StatsMapsNPix
“Derfor kom vi op med denne teknologi. Vi tænkte: ‘OK, hvad er den mest udbredte ressource på Jorden?’ Sol og havvand er i bund og grund uendelige ressourcer og også gratis ressourcer.”
Desværre er havvand salt og uegnet til både menneskelig forbrug og vanding af afgrøder. Derfor overvejes alternative forsyninger af ferskvand i tørre regioner, såsom atmosfærisk vandopsamling eller bedre behandling af spildevand.
Alligevel er afsaltning sandsynligvis den eneste holdbare løsning i stor skala for at levere rigeligt vand til mange lande. Da disse lande ofte også befinder sig i solrige regioner, er solenergidrevet afsaltning, enten gennem ionmembraner eller direkte fordampning, en potentiel løsning. De faste omkostninger ved disse systemer gør dog vandproduktionen ret dyr.
“Vand og energi er begge kritisk nødvendige for vores daglige liv, men typisk, hvis du vil producere mere energi, skal du forbruge mere vand.
På den anden side har vi brug for drikkevand, fordi to tredjedele af verdens befolkning står over for vandknaphed.
Som en sidebemærkning er havvand også ikke en egnet kilde til materialet til hydrogenproduktion, som kræver ultrarent (destilleret) vand.
Bedre udnyttelse af sollys
Indtil nu har økonomien i afsaltning stødt på problemet, at du skal bygge store og dyre solindsamlingsfaciliteter, mens du forsøger at producere vand så billigt som muligt.
Hvad forskerne i denne undersøgelse gjorde, var at få disse faciliteter til at producere noget mere værdifuldt (hydrogen) samtidig med at de også producerer vand.
Som regel kan fotovoltaiske installationer kun udnytte en del af solens output, da 100 % effektivitet er umulig, og nogle af bølgelængderne er for korte eller for lange til at blive brugt af panelernes silicium.
Dette efterlader meget solenergi spildt i fotovoltaiske anlæg. Endnu værre, denne solenergi genererer varme, hvilket yderligere reducerer panelernes effektivitet (de fleste design fungerer bedst under 30 °C (86 °F)).
Gøre alt på én gang
Da disse problemer synes umulige at løse separat, i hvert fald på en økonomisk konkurrencedygtig måde, er måske løsningen en mere holistisk tilgang. Det var med dette koncept i tankerne, at forskerne overvejede potentielle synergier, hvis den samme enhed producerer strøm, hydrogen og ferskvand på samme tid, kun ved hjælp af sol og havvand.
Designet de udtænkte ser ud til at løse hvert problem på én gang, ved at gøre hver begrænsning i en underproces til løsningen på et andet problem:
- Hydrogen- og ferskvandsproduktion udføres i den samme enhed for at dele kapitalomkostninger og udnytte hele solspektrummet.
- Vandet kommer fra havvand, hvilket fjerner ressourcebegrænsninger for hydrogenproduktion.
- Produktionen af ultrarent ferskvand absorberer varme, holder solpanelerne kølige og øger elproduktionen.
- Havvand kommer aldrig i kontakt med elektrokatalysatoren, der producerer hydrogen, og fjerner problemer med korrosion og uønskede kemiske reaktioner.
- Da strømmen direkte udnyttes til hydrogenproduktion i den samme enhed, er der ingen behov for batterier, opgraderinger af elnettet osv.
Avanceret fremstilling
Selvom det ser simpelt ud i konceptet, er det en reel ingeniørudfordring at udføre alle disse operationer effektivt på én gang.
Fordampningsenheden og PEM-elektrolyseapparatet er adskilt af et luftspalt, hvilket undgår direkte kontakt mellem havvand og elektrokatalysatorer.
Et par andre funktioner blev tilføjet for at forbedre designet:
- Brug af en kapillær væge, der fanger vandet i en tynd film i direkte kontakt med solpanelet, så det kan køle solpanelet ved fordampning.
- Udnytte den termiske effekt til at øge damptrykket, hvilket er nødvendigt for højere produktionsrater af destilleret vand og effektiv hydrogenproduktion.
- Bruge den energi, der frigives ved faseovergangen fra damp til væske, til at forbedre hydrogenproduktions effektiviteten.
- Anvendelse af ensrettet havvandsstrøm for at undgå saltophobning, et permanent problem for alle afsaltningssystemer.
Ved procesens afslutning kan lidt mere salt havvand sendes tilbage i havet, og destilleret vand, der ikke er omdannet til hydrogen, kan bruges som rent drikkevand.
“Designet var udfordrende, fordi der er mange komplekse koblinger: afsaltning koblet med elektrolyse, elektrolyse koblet med solpanelet, og solpanelet koblet med afsaltning gennem sol-, elektrisk, kemisk og termisk energikonvertering og transport.”
Test af prototypen
Da de testede deres hybride solfordampnings‑vandelektrolyse‑enhed (HSD‑WE), fandt forskerne, at den lille 10 cm x 10 cm celle kunne producere 200 ml hydrogen pr. time med 12,6 % energieffektivitet, direkte fra havvand under naturligt sollys.
Kilde: Cornell University
Testen blev udført udendørs med ægte havvand og realistiske vejrforhold, især da overskyet vejr reducerede hydrogenproduktionen på et tidspunkt af dagen.
Økonomisk levedygtighed
Forskerne beregnede, hvor meget hydrogen deres prototype ville producere på forskellige steder. Sammenlignet med den nuværende gennemsnitspris på $10/kg for grøn hydrogen, er det tydeligt, at den er meget mere effektiv efter det første driftsår, falder til $5/kg efter tre år og $1/kg efter 15 år.
Dette skyldes, at traditionelle omkostninger for grøn hydrogen hurtigt flader ud, begrænset af energi- og kapitalomkostninger.
I sammenligning med den klassiske elektrolyser er HSD‑WE fortrinsvis passiv og får sin energi direkte fra solen, uden ekstra kapitalomkostninger til tilslutning, vandtransport, lagring osv.
“Vi ønsker at undgå CO₂‑udledning, undgå forurening. Samtidig bekymrer vi os også om omkostningerne, fordi jo lavere omkostninger, jo større er markedspotentialet for storskala adoption. Vi tror, der er et enormt potentiale for fremtidige installationer.”
Virksomhed løser vandmangel
XYL Prisdiagram
Sammen med den europæiske Veolia er Xylem en global leder inden for vandrensning, spildevandsbehandling og afsaltning. De beskæftiger over 23.000 medarbejdere (heraf over 6.000 ingeniører) og opererer i 150 lande, med fokus på USA, med over 35.000 direkte industrielle kunder.
Deres primære marked er kommunalt drikkevand og spildevand, men de leverer også dedikerede løsninger til andre sektorer såsom sundhedspleje, energi, fødevarer & drikkevarer, olie & gas, mikroelektronik osv.
Kilde: Xylem
Xylem kan levere de kritiske patenterede udstyr til at rense eller producere vand såsom ozongeneratorer, UV-lamper, afsaltningsmembraner, ultrarene vandgeneratorer osv. Men de leverer også “enklere” udstyr, som er lige så vigtigt for vandrelaterede operationer såsom turbiner, pumper, rørledninger, injektion, software osv., samt vedligeholdelses-, reparations- og installationsservices.
Kilde: Xylem
Vandmarkedet er stadig meget fragmenteret, hvor Xylem er en af de største virksomheder i sektoren, men kun har “kun” en markedsandel på 10 % af deres $80 mia betjente adresserbare marked.
Virksomheden bruger omkring 4 % af sit salg på F&U. Den bør drage fordel af nye reguleringer vedrørende PFAS (Per- og polyfluoralkylstoffer, også kendt som evige kemikalier), hvor over 6.000 forsyningsanlæg har brug for sådan PFAS-behandling.
Samlet set gør dette virksomhedens investeringsprofil mindre som en industrivirksomhed (ofte cyklisk) og mere som en forsyningsvirksomhed, der vokser med den samlede økonomi eller lidt over den hastighed, ligesom de fleste af dens forbrugere.
Seneste om Xylem Inc.
Refererede studier:
1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Over 12 % effektivitet ved solenergidrevet grøn hydrogenproduktion fra havvand”. Energy Environ. Sci., 2025, Advance Article. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E
