Zonne-energie Polymeer Technologie Halveert Ontziltingskosten

Een groot deel van de moderne wereld is afhankelijk van vaak vergeten infrastructuur zoals wegen, havens, elektriciteitsleidingen, enz.

Een andere cruciale infrastructuur is water, van verzameling tot zuivering en behandeling van afvalwater. Toegang tot schoon water is niet alleen belangrijk voor het dagelijks leven en het onder controle houden van vervuiling; het is ook een essentiële bron voor productie, datacenters, enz.

Helaas is het overgrote deel van het water op aarde opgesloten in de oceanen of de pool- en Antarctische gletsjers, waardoor minder dan 1 % beschikbaar is als bruikbaar zoet water.

Bron: OpenEdu

Daarom kunnen efficiënte ontziltingsmethoden die niet afhankelijk zijn van dure en energie‑intensieve processen een belangrijke innovatie zijn. Ze kunnen niet alleen droge regio’s helpen die momenteel op zulke dure ontzilting vertrouwen, maar ook vers water produceren aan elke kust van de aarde, waar al 80 % van de wereldbevolking woont.

De cumulatieve gecontracteerde ontziltingscapaciteit heeft nu de 100 miljoen m3/d, en bijna 60 % van de ontzilting is bestemd voor menselijke consumptie overschreden, met al 21.000 ontziltingsinstallaties voor zeewater over de hele wereld.

Het efficiënter maken van dergelijke installaties zou ook het energieverbruik verminderen en helpen de CO₂‑emissies te verlagen, een belangrijke stap aangezien de opwarming van de aarde zelf een factor is in woestijnvorming en watertekorten die ontzilting nog noodzakelijker maken.

Chinese onderzoekers van de Beijing Academy of Science hebben een nieuw polymeer ontwikkeld met een nieuwe driedimensionale (3D) fotothermische architectuur die de verdamping versnelt, waardoor zon‑gedreven ontzilting veel efficiënter wordt en het energieverbruik van verdamping met 45,7 % wordt verminderd. Ze publiceerden hun bevindingen in Advanced Materials¹, onder de titel “Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination”.

Sun-Powered Desalination

Er zijn veel manieren om zout uit zeewater te verwijderen en het om te zetten in drinkbaar zoet water. Momenteel is de meest gangbare grootschalige ontziltingsmethode omgekeerde osmose, waarbij hogedrukpompen het water door gespecialiseerde membranen met microscopische poriën duwen, waardoor zuiver water wordt gescheiden van opgeloste zouten.

Het probleem is dat dit proces nogal energie‑intensief is en dure kunstmatige membranen vereist om het werk te doen.

Een alternatief zijn thermische methoden, die gebruikmaken van het feit dat wanneer water verdampt, het zout achterblijft, terwijl de damp zuiver zoet water is. Dit is echter ook een energie‑intensief proces.

De meeste droge gebieden zijn woestijnen en gekenmerkt door intens zonlicht, waardoor zonlicht de logische bron is voor ontzilting.

Daarom kan elk materiaal dat verdamping met minder energie mogelijk maakt de economie van ontzilting radicaal veranderen. Bijvoorbeeld, we hebben eerder besproken hoe hydrogel kan fotonen helpen verdamping te creëren ongeacht warmte of hoe een ionconcentratieproces kan worden gebruikt om een draagbare ontziltingsunit te maken die minder dan 10 kilogram woog.

Waar het nieuwe polymeer ontwikkeld door Chinese onderzoekers zich onderscheidt, is dat het duurzaamheid, gemakkelijke fabricage en praktijktests combineert die de economische levensvatbaarheid aantonen bij het produceren van vers water dat goedkoper is dan flessenwater en geschikt is voor het verbouwen van gewassen.

Sun-Powered Desalination Through Polymers

Maximizing Sunlight Exposure

In theorie is het gebruik van zonlicht voor ontzilting het eenvoudigste proces, omdat het de warmte van de zon gebruikt om water te verdampen. In de praktijk kan de verdampingssnelheid afhangen van vele variabelen zoals omgevingswarmte, oppervlak, relatieve luchtvochtigheid, luchtbeweging, druk en watertemperatuur.

“Zon‑gedreven verdamping is een veelbelovende aanpak, maar de praktische inzet wordt vaak belemmerd door de moeilijkheid om prestaties, robuustheid en economische levensvatbaarheid synergetisch te integreren”

Hoe water wordt blootgesteld aan lucht en zonnestralen kan de snelheid van verdamping en de benodigde energie radicaal veranderen. Met dat in gedachten ontwikkelden de onderzoekers een polymeer met unieke holle structuren die met elkaar verbonden zijn en de verdamping maximaliseren.

Bron: Advanced Materials

“De structuur bevat nauw verbonden polymeerketens met holle schelpstructuren die een recordverdamping opleveren, 8,5 keer hoger dan eerder gerapporteerde snelheden voor deze technologie.”

Deze structuur maximaliseert de opname van zonlicht, waardoor de energie die nodig is voor verdamping wordt verminderd. In totaal werd het energieverbruik van verdamping drastisch verlaagd toen de zonlichtabsorptie dicht bij het theoretische maximum lag.

“Deze structuur vertoont 90,2 % bredeband zonneabsorptie en vermindert het energieverbruik van verdamping met 45,7 %,”

Optimal Polymer Suncatchers

Het gebruikte materiaal was Ta₂O₅/C (tantaalpentoxide‑koolstof), dat zowel zonlicht kan absorberen als sterke polymeer‑moleculaire bindingen kan vormen. Het werkt doordat de polyesterpolymeerketens precies de poreuze structuur van de nanospheren binnendringen, waardoor een “nanobos‑morfologie” ontstaat.

Bron: Advanced Materials

De onderzoeker testte verschillende lengtes van capillairbuizen om te observeren welke het beste waren voor het activeren van verdamping. Ze ontdekten dat met de toegevoegde holle structuur PET‑capillairbuizen bijna maximale efficiëntie bereikten met slechts 15 centimeter lengte.

Bron: Advanced Materials

Durability & Commercial Applications

Na 30 dagen in zeewater bleef het materiaal onaangedaan door zowel het zout als het zonlicht, zonder detecteerbare schade zelfs onder elektronenmicroscopie. Bovendien werden geen actieve vrije radicalen gedetecteerd toen het materiaal aan licht werd blootgesteld, wat wijst op potentiële goede duurzaamheid en betrouwbaarheid bij langdurig gebruik, aangezien radicalen een belangrijke oorzaak zijn van degradatie van kunststoffen door zonlicht.

De onderzoekers schatten dat het materiaal jaren kan meegaan onder realistische omstandigheden en zijn prestaties intact houdt, een voorwaarde voor elke grootschalige toepassing.

Ze testten ook het potentieel voor massaproductie, met een laboratoriumhydrothermale reactor van 20 liter en een meerzone‑tunneloven die 100 g van het materiaal produceerde, en de methode is eenvoudig toepasbaar voor veel grotere batches van minstens tientallen kilogrammen materiaal.

Een volledige levenscycluskostenanalyse geeft aan dat na twee jaar werking de kosten van waterproductie onder die van commercieel verkrijgbaar flessenwater zullen dalen, wat aanzienlijke economische concurrentiekracht aantoont, althans voor drinkwater in elk gebied met toegang tot de zee.

Bron: Advanced Materials

Testing Prototypes

De onderzoekers gebruikten hun materiaal in een zonne‑ontziltingsapparaat van 0,75 m² met actieve condensatie. Het produceerde meer dan 20 liter (5,2 gallons) zoet water onder natuurlijk zonlicht, met een kwaliteit die voldoet aan de WHO‑drinknormen.

Deze output is voldoende om de basis dagelijkse drinkbehoeften van ongeveer tien personen te vervullen, met alleen zonlicht en zeewater.

Bron: Advanced Materials

Hetzelfde water werd ook getest voor de groei van verschillende gewassen gedurende een volledig seizoen, met een demonstratieperceel van 5 m². Ze kweekten spinazie, maïs en Chinese kool, wat illustreert hoe dit systeem kan helpen gewassen te verbouwen in droge regio’s.

Bron: Advanced Materials

Future Of Desalination

Verdere tests met dit nieuwe materiaal kunnen worden uitgevoerd om de productie verder te optimaliseren. Bijvoorbeeld, eenvoudige sets spiegels kunnen helpen het water te verwarmen en de verdamping tot een nog hogere snelheid te verhogen, terwijl ze zeer weinig extra materiaal of installatie‑complexiteit kosten.

Evenzo kan extra apparatuur zoals ventilatoren of andere ondersteunende systemen, zoals het toevoegen van druk of het verlagen van de luchtvochtigheid, allemaal aangedreven door fotovoltaïsche panelen, ook de productiviteit nog verder verhogen.

In het algemeen is het waarschijnlijk dat een mix van geavanceerde materialen die de efficiëntie verhogen en eenvoudige ontwerpen die economisch opgeschaald kunnen worden, de ontziltingsoplossingen zullen domineren.

En de bedrijven met expertise in het beheren van zoet water en ontziltingsinstallaties zullen deze nieuwe ontwerpen geleidelijk omarmen en hun infrastructuur dienovereenkomstig upgraden.

Investing In Water Infrastructure

Consolidated Water

Consolidated Water (CWCO ) is een belangrijke leverancier van zoet water aan het Caribisch gebied en de VS. Zijn specialiteit zijn ontziltingswaterinstallaties, met een focus op gebieden met een beperkte zoetwatervoorziening.

Het heeft in totaal 11 werkende installaties, die dagelijks 27,3 miljoen gallons zoet water produceren, evenals 97 waterzuiveringsinstallaties. Een belangrijke overeenkomst van het bedrijf is op de Kaaimaneilanden, waar het een exclusieve waterleveringslicentie heeft om 6 miljoen gallons per dag te leveren.

Bron: Consolidated Water

Het bedrijf heeft onlangs de opdracht gewonnen voor een groot plantproject in Hawaï, om een nieuwe zeewater‑omgekeerde osmose‑ontziltingsinstallatie op O’ahu te ontwerpen, bouwen, exploiteren en onderhouden. Het zal dagelijks 1,7 miljoen gallons drinkbaar water produceren. Het wordt de 24^de zeewater‑omgekeerde osmose‑ontziltingsinstallatie die door Consolidated Water wordt gebouwd, en de eerste in de VS. Het zal $148 miljoen aan inkomsten genereren in de eerste twee jaar, gevolgd door stabiele inkomsten voor de volgende 24 jaar, in totaal $204 miljoen.

Bovendien is het bedrijf, naast het exploiteren van waterinstallaties, ook een fabrikant van waterbehandelingsapparatuur via AEREX. AEREX werd in 2020 overgenomen en is een van meerdere overnames, waardoor het bedrijf extra schaal en expertise in zijn niche krijgt (andere overnames omvatten Ramey Environmental Compliance -REC en PERC Water Corporation in Californië).

Het bedrijf heeft stabiele inkomsten uit waterproductie, en meer variabele inkomsten uit af en toe grote bouwprojecten.

Bron: Consolidated Water

Het bedrijf heeft zijn expertise opgebouwd in ontzilting en het oplossen van dringende waterbehoeften waar geen eenvoudige oplossingen bestonden. De opkomst van nieuwe ontziltingstechnologieën gecombineerd met toenemende watertekorten zou Consolidated Water moeten helpen nieuwe markten te veroveren en zijn inkomsten in de toekomst te laten groeien. Bovendien zou een sterke balans moeten helpen bij strategische overnames en de kapitaal- en R&D‑kosten voor nieuwe waterplantprojecten dekken.

Latest American Water Works (AWK) Stock News and Developments

Study Referenced

^{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}