Materialevidenskab

Solenergi-drevet Polymerk Teknologi Halverer Omkostningerne ved Afsaltning

mm
Udgivet den
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google

En stor del af den moderne verden er afhængig af ofte glemte infrastrukturer som veje, havne, elledninger osv.

En anden kritisk infrastruktur er vand, fra indsamling til rensning og behandling af spildevand. Adgang til rent vand er ikke kun vigtigt for hverdagslivet og for at holde forurening under kontrol; det er også en vital ressource for fremstilling, datacentre osv.

Desværre er den enorme største del af vandet på Jorden låst i havene eller de arktiske og antarktiske gletsjere, hvilket efterlader mindre end 1 % tilgængeligt som brugbart ferskvand.

Kilde: OpenEdu

Det er derfor, at effektive afsaltningsmetoder, som ikke er afhængige af dyre og energikrævende metoder, kan være en stor innovation. De kan ikke kun hjælpe tørre regioner, som i øjeblikket er afhængige af sådanne dyre afsaltningsmetoder, men også bidrage til at producere ferskvand på enhver kyst på Jorden, hvor 80 % af verdens befolkning allerede bor.

The cumulative contracted desalination capacity has now surpassed 100 millioner m³/d, og næsten 60 % af afsaltning er dedikeret til menneskelig forbrug, with already 21.000 havvandsafsaltningsanlæg over hele verden

At gøre sådanne anlæg mere effektive vil også reducere energiforbruget og hjælpe med at reducere CO₂-udledninger, et vigtigt skridt da global opvarmning i sig selv er en faktor i ørkendannelse og vandmangel, som gør afsaltning endnu mere nødvendig.

Kinesiske forskere ved Beijing Academy of Science har udviklet en ny polymer med en ny tredimensionel (3D) fototermisk arkitektur, der accelererer fordampning, hvilket gør solenergi-drevet afsaltning meget mere effektivt og reducerer energiforbruget til fordampning med 45,7 %. De offentliggjorde deres resultater i Advanced Materials1 under titlen “Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination”.

Solenergi-drevet afsaltning

Der findes mange måder at fjerne salt fra havvand for at omdanne det til drikkeligt ferskvand. I øjeblikket er den mest almindelige store‑skala afsaltningsmetode omvendt osmose, hvor højtrykspumper tvinger vandet gennem specialiserede membraner med mikroskopiske porer, som adskiller rent vand fra opløste salte.

Problemet er, at denne proces er ret energikrævende og kræver dyre kunstige membraner for at udføre arbejdet.

Et alternativ er termiske metoder, som udnytter det faktum, at når vand fordamper, efterlader det saltet, mens dampen er rent ferskvand. Dette er dog også en energikrævende proces.

De fleste tørre områder er ørkener og er kendetegnet ved intens sollys, hvilket gør sollys til den logiske kilde til afsaltning.

Det er derfor, at ethvert materiale, som kan hjælpe fordampning med mindre energi, kan radikalt ændre økonomien i afsaltning. For eksempel har vi tidligere dækket, hvordan hydrogel kan hjælpe fotoner med at skabe fordampning uafhængigt af varme eller hvordan en ionkoncentrationsproces kan bruges til at skabe en bærbar afsaltningsenhed, der vejede mindre end 10 kilogram.

Det, hvor den nye polymer udviklet af kinesiske forskere skiller sig ud, er, at den kombinerer holdbarhed, let fremstilling og virkelige tests, der demonstrerede dens økonomiske levedygtighed i produktion af ferskvand billigere end flaskevand og i stand til at dyrke afgrøder.

Solenergi-drevet afsaltning gennem polymerer

Maksimering af sollys eksponering

I teorien er brug af sollys til afsaltning den simpleste proces, da den bruger solens varme til at fordampe vand. I praksis kan fordampningshastigheden afhænge af mange variable som omgivende varme, overfladeareal, relativ luftfugtighed, luftbevægelse, tryk og vandets temperatur.

“Solenergi-drevet fordampning er en lovende tilgang, men dens praktiske implementering hindres ofte af vanskeligheden ved synergistisk at integrere ydeevne, robusthed og økonomisk levedygtighed”

Hvordan vandet udsættes for luft og solens stråler kan radikalt ændre hastigheden af fordampning og den energi, den kræver. Med dette i tankerne udviklede forskerne en polymer med unikke hule strukturer, der er sammenbundet og maksimerer fordampning.

“Strukturen indeholder tæt sammenkoblede polymerkæder med hule skalstrukturer, der giver en rekordfordampning 8,5 gange højere end de tidligere rapporterede hastigheder for teknologien.”

Denne struktur maksimerer indfangning af sollys, hvilket reducerer den nødvendige energi til fordampning. Samlet set blev energiforbruget til fordampning drastisk reduceret, da sollysabsorptionen var tæt på det teoretiske maksimum.

“Denne struktur udviser 90,2 % bredbånds solabsorption og reducerer energiforbruget til fordampning med 45,7 %,”

Optimale polymer solfangere

Materialet, der blev brugt, var Ta₂O₅/C (tantalum pentoxid‑kulstof), som både kan absorbere sollys og danne stærke polymermolekylære bindinger. Måden det fungerer på er, at polyesterpolymerkæderne præcist trænger ind i den porøse struktur af nanokuglerne og skaber en “nanoskove‑morfologi”.

Forskeren testede flere kapillarrørslængder for at observere, hvilken der var bedst til at udløse fordampning. De fandt, at med den hule struktur tilføjet nåede PET‑kapillærer næsten maksimal effektivitet med kun 15 centimeter i længden.

Holdbarhed & Kommercielle anvendelser

Efter 30 dage i havvand var materialet stadig upåvirket af hverken saltet eller sollyset, uden nogen påviselig skade selv ved observation med elektronmikroskopi. Derudover blev ingen aktive frie radikaler detekteret, da materialet blev udsat for lys, hvilket tyder på potentielt god holdbarhed og pålidelighed under langvarig brug, da radikaler er en vigtig årsag til plasters nedbrydning fra sollys.

Forskerne anslår, at materialet kan holde i år under reelle forhold og bevare sin ydeevne, hvilket er en forudsætning for enhver stor‑skala anvendelse.

De testede også potentialet for masseproduktion med en laboratorie‑20‑liter hydrotermisk reaktor og en multi‑zone tunnelovn, der fremstillede 100 g af materialet, og metoden er let at anvende til meget større partier på mindst flere titusind kilogram materiale.

En fuld livscyklus‑omkostningsanalyse viser, at efter to års drift vil omkostningerne ved vandproduktion falde under de kommercielt tilgængelige flaskevand, hvilket demonstrerer betydelig økonomisk konkurrenceevne, i det mindste for drikkevand i ethvert område med adgang til havet.

Test af prototyper

Forskerne brugte deres materiale i en 0,75 m² aktiv‑kondensations solafsaltningsenhed. Den producerede mere end 20 liter (5,2 gallon) ferskvand under naturligt sollys, med en kvalitet der opfylder WHO’s drikkevandsstandarder.

Dette output er tilstrækkeligt til at dække de grundlæggende daglige drikkevandsbehov for omkring ti personer, kun ved brug af sollys og havvand.

Det samme vand blev også testet til at hjælpe væksten af forskellige afgrøder i en hel sæson, ved brug af en 5 m² demonstrationsplads. De dyrkede spinat, majs og kinesisk kål, hvilket illustrerer, hvordan dette system kan hjælpe med at dyrke afgrøder i tørre regioner.

Fremtiden for afsaltning

Yderligere tests med dette nye materiale kan udføres for yderligere at optimere produktionen. For eksempel kan simple sæt af spejle hjælpe med at opvarme vandet og øge fordampningen til en endnu højere hastighed, mens de koster meget lidt i ekstra materialer eller installationskompleksitet.

Tilsvarende kan ekstra maskiner som blæsere eller andre understøttende systemer som at tilføre tryk eller reducere luftfugtigheden, alle drevet af fotovoltaiske paneler, også hjælpe med at øge produktiviteten yderligere.

Samlet set er det sandsynligt, at en blanding af avancerede materialer, der øger effektiviteten, og tilstrækkeligt simple designs, så de kan skaleres økonomisk, vil dominere afsaltningsløsninger.

Og de virksomheder, der har ekspertise i håndtering af ferskvand og afsaltningsanlæg, vil gradvist adoptere disse nye designs og opgradere deres infrastruktur tilsvarende.

Investering i vandinfrastruktur

Consolidated Water

CWCO Prisdiagram

Consolidated Water (CWCO ) er en vigtig leverandør af ferskvand til Caribien og USA. Dens specialitet er afsaltningsanlæg, med fokus på områder med begrænset ferskvandsforsyning.

Den har i alt 11 anlæg i drift, som genererer 27,3 millioner gallons ferskvand dagligt, samt 97 vandbehandlingsanlæg. En vigtig kontrakt for virksomheden er på Caymanøerne, hvor den har en eksklusiv vandforsyningslicens til at levere 6 millioner gallons pr. dag.

Virksomheden har for nylig vundet kontrakten for et stort anlægsprojekt i Hawaii, til at designe, bygge, drive & vedligeholde et nyt havvands‑omvendt‑osmose‑afsaltningsanlæg på O’ahu. Det vil producere 1,7 millioner gallons drikkevand dagligt. Det vil blive det 24.te havvands‑omvendt‑osmose‑afsaltningsanlæg, der bygges af Consolidated Water, og det første i USA. Det vil generere $148 M i indtægter i de første to år, efterfulgt af stabile indtægter i de næste 24 år, i alt $204 M.

Ud over at drive vandanlæg er virksomheden også producent af vandbehandlingsudstyr gennem AEREX. AEREX blev opkøbt i 2020 og har været en af flere opkøb, hvilket giver virksomheden yderligere skala og ekspertise inden for sit nicheområde (andre opkøb omfattede Ramey Environmental Compliance -REC og PERC Water Corporation i Californien).

Virksomheden har stabile indtægter fra vandproduktion og mere variable indtægter fra de lejlighedsvise store byggeprojekter.

Virksomheden har opbygget sin ekspertise inden for afsaltning og løsning af presserende vandbehov, hvor der ikke fandtes nemme løsninger. Fremkomsten af nye afsaltningsteknologier kombineret med stigende vandmangel bør hjælpe Consolidated Water med at erobre nye markeder og øge sine indtægter i fremtiden. Derudover bør en stærk balance hjælpe med strategiske opkøb og dække kapital- og F&U-udgifter til nye vandanlægsprojekter.

Seneste nyheder og udviklinger for American Water Works (AWK) aktier

Studie refereret

1. Dan Yu et al., Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination. Advanced Materials. 21 juni 2026. https://doi.org/10.1002/adma.73756

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der har arbejdet med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu en aktieanalytiker og finansforfatter med fokus på innovation, markedscykler og geopolitik i sin publikation The Eurasian Century.