Βιωσιμότητα
Υδρογόνο και Γλυκό Νερό από Θαλασσινό Νερό; Μια Ηλιακή Λύση Αναδύεται
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Ανταπόκριση στη Ζήτηση για Νερό και Υδρογόνο
Το γλυκό νερό συγκαταλέγεται στους πλέον απαραίτητους πόρους σε πολλές περιοχές του κόσμου όπου ο πληθυσμός αυξάνεται. Η κατάσταση προκαλεί ολοένα μεγαλύτερη ανησυχία και ενδέχεται να αποτελέσει παράγοντα γεωπολιτικής αστάθειας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η διαμάχη για το ποιος θα χρησιμοποιεί τα νερά του Νείλου, η οποία παραλίγο να οδηγήσει την Αίγυπτο και την Αιθιοπία σε πόλεμο.
Παρότι οι μέθοδοι αφαλάτωσης γίνονται όλο και πιο διαδεδομένες, απαιτούν πολύ μεγάλες ποσότητες ενέργειας, ενώ ακόμη και η μαζική εγκατάσταση ηλιακών πάνελ συχνά δεν επαρκεί.
Ένα ακόμη πράγμα που χρειαζόμαστε είναι περισσότερη ανανεώσιμη ενέργεια σε μορφή που μπορεί να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για βαριά εξοπλισμό και βιομηχανία. Θεωρητικά, το υδρογόνο θα ήταν μια καλή επιλογή, αλλά μέχρι τώρα δεν έχει καταφέρει να εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα λόγω των υψηλών του κόστους.
Και εδώ, η ηλιακή ενέργεια μπορεί να βοηθήσει, αλλά το κόστος παραγωγής υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης έχει περιορίσει τη χρήση του.
Φαίνεται ότι και τα δύο προβλήματα θα μπορούσαν να αντιμετωπιστούν ταυτόχρονα με μια νέα τεχνολογία ηλιακής ηλεκτρόλυσης, χρησιμοποιώντας όχι γλυκό νερό, αλλά θαλασσινό νερό. Παράγει ακόμη και γλυκό νερό ως παραπροϊόν της παραγωγής υδρογόνου.
Αναπτύχθηκε από ερευνητές του Johns Hopkins University, του Michigan State University, του Cornell University, του Lehigh University και του MIT, οι οποίοι δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο περιοδικό Energy & Environmental Science, υπό τον τίτλο «Παραγωγή πράσινου υδρογόνου με ηλιακή ενέργεια με απόδοση πάνω από 12% από θαλασσινό νερό».
Κατασκευή Χρήσιμου Θαλασσινού Νερού
Το θαλασσινό νερό είναι ίσως ο αφθονότερος πόρος στη Γη, καθώς καλύπτει το 70% της επιφάνειας του πλανήτη. Είναι επίσης εύκολα προσβάσιμο για το μεγαλύτερο μέρος του παγκόσμιου πληθυσμού: πάνω από το 40% ζει σε απόσταση έως 100 χιλιομέτρων (62 μίλια) από την πλησιέστερη ακτή και πάνω από το 50% σε απόσταση έως 200 χιλιομέτρων (124 μίλια).
Πηγή: StatsMapsNPix
“Γι’ αυτό ήρθαμε με αυτήν την τεχνολογία. Σκεφτήκαμε, ‘Εντάξει, ποιος είναι ο πιο άφθονος πόρος στη Γη;’ Ο ήλιος και το θαλασσινό νερό είναι ουσιαστικά άπειροι πόροι και επίσης δωρεάν πόροι.”
Δυστυχώς, το θαλασσινό νερό είναι αλμυρό και ακατάλληλο τόσο για ανθρώπινη κατανάλωση όσο και για την άρδευση καλλιεργειών. Γι’ αυτό εξετάζονται εναλλακτικές πηγές γλυκού νερού για τις ξηρές περιοχές, όπως η συλλογή νερού από την ατμόσφαιρα ή η βελτιωμένη επεξεργασία λυμάτων.
Ωστόσο, η αφαλάτωση είναι πιθανότατα η μόνη βιώσιμη λύση μεγάλης κλίμακας για την άφθονη παροχή νερού σε πολλές χώρες. Επειδή αυτές οι χώρες βρίσκονται συχνά σε ηλιόλουστες περιοχές, η ηλιακή αφαλάτωση, είτε μέσω ιοντικών μεμβρανών είτε με άμεση εξάτμιση, αποτελεί μια πιθανή λύση. Το πάγιο κόστος αυτών των συστημάτων, όμως, καθιστά την παραγωγή νερού αρκετά ακριβή.
«Το νερό και η ενέργεια είναι απολύτως απαραίτητα για την καθημερινή μας ζωή, αλλά συνήθως, εάν θέλουμε να παράγουμε περισσότερη ενέργεια, πρέπει να καταναλώσουμε περισσότερο νερό.
Από την άλλη πλευρά, χρειαζόμαστε πόσιμο νερό, επειδή τα δύο τρίτα του παγκόσμιου πληθυσμού αντιμετωπίζουν λειψυδρία».
Παρεμπιπτόντως, το θαλασσινό νερό δεν αποτελεί κατάλληλη πρώτη ύλη ούτε για την παραγωγή υδρογόνου, η οποία απαιτεί υπερκαθαρό (απεσταγμένο) νερό.
Καλύτερη Χρήση του Ηλιακού Φωτός
Μέχρι σήμερα, η οικονομική βιωσιμότητα της αφαλάτωσης προσκρούει στην ανάγκη κατασκευής μεγάλων και δαπανηρών εγκαταστάσεων συλλογής ηλιακής ενέργειας, ενώ παράλληλα το νερό πρέπει να παράγεται με το χαμηλότερο δυνατό κόστος.
Οι ερευνητές της μελέτης έκαναν αυτές τις εγκαταστάσεις να παράγουν ταυτόχρονα νερό και ένα προϊόν μεγαλύτερης αξίας: υδρογόνο.
Κατά κανόνα, οι φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις μπορούν να αξιοποιήσουν μόνο ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς η απόδοση 100% είναι αδύνατη και ορισμένα μήκη κύματος είναι υπερβολικά μικρά ή μεγάλα για να αξιοποιηθούν από το πυρίτιο των πάνελ.
Έτσι, μεγάλο μέρος της ηλιακής ενέργειας παραμένει αναξιοποίητο στις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις. Ακόμη χειρότερα, αυτή η ενέργεια παράγει θερμότητα, η οποία μειώνει περαιτέρω την απόδοση των ηλιακών πάνελ· οι περισσότερες σχεδιάσεις λειτουργούν καλύτερα σε θερμοκρασίες κάτω των 30°C (86°F).
Κάνοντας Όλα ταυτόχρονα
Καθώς αυτά τα προβλήματα φαίνεται να είναι αδύνατο να λυθούν χωριστά, τουλάχιστον με οικονομικά ανταγωνιστικό τρόπο, η λύση ίσως βρίσκεται σε μια πιο ολιστική προσέγγιση. Με αυτή τη λογική, οι ερευνητές εξέτασαν τις πιθανές συνέργειες όταν η ίδια συσκευή παράγει ταυτόχρονα ηλεκτρική ενέργεια, υδρογόνο και γλυκό νερό, χρησιμοποιώντας μόνο ήλιο και θαλασσινό νερό.
Ο σχεδιασμός που ανέπτυξαν επιδιώκει να λύσει όλα τα προβλήματα ταυτόχρονα, μετατρέποντας κάθε περιορισμό μιας επιμέρους διεργασίας σε λύση για κάποιο άλλο πρόβλημα:
- Η παραγωγή υδρογόνου και γλυκού νερού γίνεται στην ίδια συσκευή, ώστε να επιμερίζεται το κεφαλαιακό κόστος και να αξιοποιείται το πλήρες ηλιακό φάσμα.
- Το νερό προέρχεται από θαλασσινό νερό, αφαιρώντας περιορισμούς πόρων για την παραγωγή υδρογόνου.
- Η παραγωγή υπερ-καθαρού γλυκού νερού απορροφά τη θερμότητα, κρατώντας τα ηλιακά πάνελ δροσερά και αυξάνοντας την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
- Το θαλασσινό νερό δεν έρχεται ποτέ σε επαφή με τον ηλεκτροκαταλύτη, που παράγει υδρογόνο, αφαιρώντας προβλήματα διάβρωσης και ανεπιθύμητων χημικών αντιδράσεων.
- Καθώς η ενέργεια χρησιμοποιείται άμεσα για την παραγωγή υδρογόνου στην ίδια συσκευή, δεν χρειάζονται μπαταρίες, αναβαθμίσεις του δικτύου κ.λπ.
Προηγμένη Κατασκευή
Παρότι η ιδέα φαίνεται απλή, η αποδοτική εκτέλεση όλων αυτών των διεργασιών ταυτόχρονα αποτελεί πραγματική μηχανική πρόκληση.
Ο εξατμιστήρας και ο ηλεκτρολύτης μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) χωρίζονται από ένα διάκενο αέρα, το οποίο αποτρέπει την άμεση επαφή του θαλασσινού νερού με τους ηλεκτροκαταλύτες.
Στον σχεδιασμό προστέθηκαν και ορισμένα ακόμη χαρακτηριστικά για τη βελτίωση της απόδοσής του:
- Χρησιμοποιείται ένα τριχοειδές φυτίλι που συγκρατεί το νερό σε λεπτή μεμβράνη, σε άμεση επαφή με το ηλιακό πάνελ, ώστε να το ψύχει μέσω εξάτμισης.
- Αξιοποιείται η θερμική επίδραση για την αύξηση της πίεσης των υδρατμών, η οποία είναι απαραίτητη για υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής απεσταγμένου νερού και αποδοτική παραγωγή υδρογόνου.
- Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη μετάβαση από την αέρια στην υγρή φάση αξιοποιείται για τη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής υδρογόνου.
- Χρησιμοποιείται μονόδρομη ροή θαλασσινού νερού για να αποτρέπεται η συσσώρευση αλάτων, ένα μόνιμο πρόβλημα όλων των συστημάτων αφαλάτωσης.
Στο τέλος της διαδικασίας, το ελαφρώς πιο αλμυρό θαλασσινό νερό μπορεί να επιστρέψει στη θάλασσα, ενώ το απεσταγμένο νερό που δεν μετατράπηκε σε υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καθαρό πόσιμο νερό.
«Ο σχεδιασμός ήταν απαιτητικός επειδή υπάρχει πολύπλοκη σύζευξη πολλών διεργασιών: η αφαλάτωση συνδέεται με την ηλεκτρόλυση, η ηλεκτρόλυση με το ηλιακό πάνελ και το ηλιακό πάνελ με την αφαλάτωση, μέσω της μετατροπής και της μεταφοράς ηλιακής, ηλεκτρικής, χημικής και θερμικής ενέργειας».
Δοκιμή του Πρωτοτύπου
Κατά τη δοκιμή της υβριδικής συσκευής ηλιακής απόσταξης και ηλεκτρόλυσης νερού (HSD-WE), οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μικρή κυψέλη διαστάσεων 10 × 10 εκατοστών μπορούσε να παράγει 200 χιλιοστόλιτρα υδρογόνου ανά ώρα, με ενεργειακή απόδοση 12,6%, απευθείας από θαλασσινό νερό υπό φυσικό ηλιακό φως.
Πηγή: Cornell University
Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε σε εξωτερικό χώρο, με πραγματικό θαλασσινό νερό και ρεαλιστικές καιρικές συνθήκες. Μάλιστα, κάποια στιγμή της ημέρας η συννεφιά μείωσε την παραγωγή υδρογόνου.
Οικονομική Βιωσιμότητα
Οι ερευνητές υπολόγισαν πόσο υδρογόνο θα παρήγε το πρωτότυπο σε διάφορες τοποθεσίες. Σε σύγκριση με το σημερινό μέσο κόστος των 10 δολαρίων ανά κιλό πράσινου υδρογόνου, η συσκευή γίνεται σαφώς αποδοτικότερη μετά το πρώτο έτος λειτουργίας: το κόστος πέφτει στα 5 δολάρια ανά κιλό μετά από τρία έτη λειτουργίας και στο 1 δολάριο ανά κιλό μετά από 15 έτη.
Αυτό συμβαίνει επειδή το κόστος του συμβατικού πράσινου υδρογόνου φθάνει γρήγορα σε ένα κατώτατο όριο, καθώς περιορίζεται από το ενεργειακό και το κεφαλαιακό κόστος.
Σε σύγκριση με έναν συμβατικό ηλεκτρολύτη, το HSD-WE λειτουργεί κυρίως παθητικά και αντλεί την ενέργειά του απευθείας από τον ήλιο, χωρίς πρόσθετο κεφαλαιακό κόστος για σύνδεση στο δίκτυο, μεταφορά και αποθήκευση νερού κ.λπ.
«Θέλουμε να αποφεύγουμε τις εκπομπές άνθρακα και τη ρύπανση. Παράλληλα, μας απασχολεί και το κόστος, επειδή όσο χαμηλότερο είναι τόσο μεγαλύτερη είναι η δυναμική της αγοράς για υιοθέτηση σε μεγάλη κλίμακα. Πιστεύουμε ότι υπάρχει τεράστιο δυναμικό για μελλοντικές εγκαταστάσεις».
Εταιρεία Λύνοντας τις Ελλείψεις Νερού
XYL Διάγραμμα τιμής
Μαζί με την ευρωπαϊκή Veolia, η Xylem είναι παγκόσμιος ηγέτης στον καθαρισμό νερού, στην επεξεργασία λυμάτων και στην αφαλάτωση. Απασχολεί πάνω από 23.000 άτομα, μεταξύ των οποίων περισσότεροι από 6.000 μηχανικοί, και δραστηριοποιείται σε 150 χώρες, με έμφαση στις ΗΠΑ και περισσότερους από 35.000 άμεσους βιομηχανικούς πελάτες.
Η κύρια αγορά της είναι η δημοτική ύδρευση και αποχέτευση, αλλά παρέχει επίσης εξειδικευμένες λύσεις σε άλλους τομείς, όπως η υγειονομική περίθαλψη, η ενέργεια, τα τρόφιμα και ποτά, το πετρέλαιο και φυσικό αέριο και η μικροηλεκτρονική.
Πηγή: Xylem
Η Xylem μπορεί να παρέχει κρίσιμο πατενταρισμένο εξοπλισμό για τον καθαρισμό ή την παραγωγή νερού, όπως γεννήτριες όζοντος, λαμπτήρες UV, μεμβράνες αφαλάτωσης και γεννήτριες υπερκαθαρού νερού. Παρέχει επίσης «απλούστερο» εξοπλισμό, εξίσου κρίσιμο για τις εργασίες που σχετίζονται με το νερό, όπως τουρμπίνες, αντλίες, σωληνώσεις, συστήματα έγχυσης και λογισμικό, καθώς και υπηρεσίες συντήρησης, επισκευής και εγκατάστασης.
Πηγή: Xylem
Η αγορά νερού παραμένει πολύ κατακερματισμένη. Η Xylem είναι μία από τις μεγαλύτερες εταιρείες του κλάδου, αλλά εξακολουθεί να κατέχει «μόνο» το 10% της εξυπηρετήσιμης αγοράς, η αξία της οποίας ανέρχεται σε 80 δισεκατομμύρια δολάρια.
Η εταιρεία δαπανά περίπου το 4% των πωλήσεών της στην Έρευνα & Ανάπτυξη. Θα πρέπει να ωφεληθεί από νέους κανονισμούς σχετικά με τις PFAS (Περι- και πολυφθοροαλκυλικές ουσίες, ή «χημικά για πάντα»), με πάνω από 6.000 εγκαταστάσεις κοινής ωφέλειας να χρειάζονται τέτοια επεξεργασία PFAS.
Συνολικά, το επενδυτικό προφίλ της εταιρείας μοιάζει περισσότερο με εκείνο μιας εταιρείας κοινής ωφέλειας, η οποία αναπτύσσεται με τον ίδιο ή ελαφρώς υψηλότερο ρυθμό από την ευρύτερη οικονομία, όπως συμβαίνει και με τους περισσότερους πελάτες της.
Τελευταία Ειδήσεις για την Xylem Inc.
Μελέτες Αναφοράς:
1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Παραγωγή πράσινου υδρογόνου με ηλιακή ενέργεια με απόδοση πάνω από 12% από θαλασσινό νερό”. Energy Environ. Sci., 2025, Προχωρημένο Άρθρο. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E
