Duurzaamheid
Ultrasone Technologie Versterkt Atmosferische Waterwinning
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
TL;DR
Het ultrasone apparaat van MIT kan water uit vochtige lucht tot 45× efficiënter extraheren dan op warmte gebaseerde systemen, waardoor cycli van uren naar minuten worden verkort. Als het op schaal wordt gebracht met hernieuwbare energie, zou het praktische off‑grid zuiverwaterproductie in droge en afgelegen gebieden kunnen mogelijk maken.
Schoon Water uit Dunne Lucht: Basisprincipes van Atmosferische Waterwinning
In veel regio’s van de wereld is zoet water een kostbaar goed. Een optie voor toegang zou ontzilting kunnen zijn, maar tot nu toe is dit een zeer energie‑intensieve aanpak, zelfs al heeft recentelijke vooruitgang in zonne‑technologie het dichter bij de realiteit gebracht.
Zee‑waterontzilting is ook geen optie voor veel binnenlandse droge regio’s, zoals bijvoorbeeld Centraal‑Azië, Mongolië, de Chileense bergen of het grootste deel van de Sahara‑woestijn.
Een andere optie is het water in de lucht opvangen. Veel woestijnen hebben eigenlijk een vrij hoge atmosferische vochtigheid, maar om klimatologische redenen vormen ze geen regen en wolken.
Dit is de belofte van atmosferische waterwinning. We hebben eerder behandeld hoe passieve koeling gemengd met een siliciumcoating de efficiëntie van op zwaartekracht gebaseerde waterwinning kan verhogen en hoe nieuwe adsorptie‑polymeren ook kunnen helpen.
Onderzoekers kijken nu naar verdere verbetering van de atmosferische vochtigheidswinning, waardoor we dichter bij de science‑fiction waterwinning “windtrap” uit het Dune‑universum komen.
Een MIT‑team, in samenwerking met het Duitse bedrijf SmarAct Metrology GmbH & Co. KG, heeft ultrasoon gebruikt om de efficiëntie van atmosferische wateradsorptie te verhogen. Ze publiceerden hun resultaten in Nature Communications1, onder de titel “High-efficiency atmospheric water harvesting enabled by ultrasonic extraction”.
Atmosferische Wateradsorptie Toegelicht
Een methode om water uit de lucht te winnen is het gebruik van een polymeer dat “adsorbeert” water.
Adsorptie is de capaciteit van vaste stoffen, “sorptiemateriaal” genoemd, om moleculen van gassen of oplossingen aan te trekken waarmee ze in contact komen via hun oppervlakken – in dit geval waterdamp en waterdruppels die in de lucht zweven.
In het dagelijks leven kennen we adsorptiematerialen zoals silicagel in commerciële verpakkingen. Dit is eigenlijk een relatief efficiënt proces, en het kan veel omgevingswater verzamelen.
Het probleem is het polymer het water te laten vrijgeven. Gewoonlijk is een warmte van ongeveer 100 °C nodig om deze polymeren te desorberen, wat uiteraard zeer energie‑inefficiënt en kostbaar is.
“Elk materiaal dat heel goed water kan vangen, wil dat water niet afstaan. Dus je moet veel energie en kostbare uren investeren om water uit het materiaal te halen.”
Zelfs bij lagere temperaturen met nieuwere polymeren blijft het probleem bestaan dat het water vrijgeven met warmte een langzaam proces is, dat tientallen minuten of uren duurt. Als gevolg daarvan moeten de meeste wateradsorptiesystemen het water ’s nachts opvangen en overdag vrijgeven met de warmte van de zon.
In contrast kan het gebruik van ultrasoon de tijd voor waterwinning verkorten tot slechts enkele minuten en op aanvraag worden uitgevoerd.
Potentieel van Ultrasone Golven
Ultrasoon, of ultrasone golven, zijn akoestische drukgolven die reizen met frequenties van meer dan 20 kilohertz (20 000 cycli per seconde). Ze worden steeds vaker gebruikt voor geavanceerde toepassingen, zoals bioprinting en het aandrijven van afgelegen medische apparaten.
Het lijkt erop dat ultrasoon trilt op precies de juiste frequentie om de scheiding van de watermoleculen en het materiaal dat het heeft geadsorbeerd te veroorzaken.
Bron: Nature Communications
De onderzoekers ontwierpen een platte keramische ring van lood‑zirkonaat‑titanaat (PZT), die trilt wanneer spanning wordt aangelegd.
“Het is alsof het water danst met de golven, en deze gerichte verstoring creëert momentum dat de watermoleculen vrijgeeft, en we zien ze in druppels schudden.”
Om het water te adsorberen, gebruikten ze verschillende soorten PAM‑LiCl AWH‑hydrogels met variërende elasticiteit, die allemaal lithium‑ en chloride‑ionen bevatten om het water uit de lucht te vangen.
Bron: Nature Communications
Bij de proef kon het apparaat genoeg water schudden om elk monster in slechts enkele minuten te drogen.
Inspectie van de hydrogels met een elektronenmicroscoop bewees ook dat de ultrasoon de gel niet beschadigde, waardoor dit apparaat duurzaam genoeg is voor praktisch gebruik.
Bron: Nature Communications
Massieve Efficiëntieverbetering
Omdat tot nu toe de door warmte aangedreven watervrijgave slechts één keer plaatsvond, was de efficiëntie van het proces zeer laag, zelfs het meest geavanceerde apparaat bereikte slechts 9,5 % efficiëntie.
In contrast kan het MIT‑systeem water herhaaldelijk gedurende de dag produceren, met een efficiëntie tot wel 428 %, of een 45‑voudige toename in efficiëntie.
“Het draait allemaal om hoeveel water je per dag kunt extraheren,” zegt ze. “Met ultrasoon kunnen we water snel terugwinnen en keer op keer cyclen. Dat kan per dag veel opleveren.”
Dus hoewel het apparaat een beetje energie verspilde in warmte (Joule‑effect), is het nog steeds enorm efficiënter dan alle andere tot nu toe ontwikkelde waterwinningsmethoden.
Veeg om te scrollen →
| Methode | Energiebron | Cyclussnelheid | Efficiëntie (%) |
|---|---|---|---|
| Traditionele Warmte‑Gebaseerde AWH | Zonne‑warmte | Uren per cyclus | ~9.5% |
| MIT Ultrasone Extractie | Elektrisch (zonne‑/wind) | 2 minuten per cyclus | ~428% |
“Mensen zoeken al naar manieren om water uit de atmosfeer te winnen, wat een grote waterbron kan zijn, vooral voor woestijngebieden en plaatsen waar er niet eens zout water is om te ontzilten.
Nu hebben we een manier om water snel en efficiënt terug te winnen.
Reële Implementatie in Droge en Afgelegen Regio’s
Aanvankelijk zal de meest voor de hand liggende toepassing van dit apparaat zijn voor afgelegen woestijngebieden met beperkte toegang tot zowel energie als zoetwaterinfrastructuur.
In tegenstelling tot warmte‑gebaseerde adsorptie heeft dit apparaat echter elektrische stroom nodig om ultrasoon te genereren, dus gedecentraliseerde energieproductie zal nodig zijn, hetzij met:
- Zonnepanelen zoals die in de MIT‑experimenten.
- Met wind, die ’s nachts kan werken, wanneer de vochtigheid hoger is, waardoor meer 2‑minuten waterwinningscycli per uur mogelijk zijn.
- Met hernieuwbare energieopwekking + batterijsystemen om 24/7 te draaien.
Bij het testen van de ideale cyclussnelheid ontdekten de onderzoekers dat het ideale ritme is om het materiaal één uur water te laten adsorberen, vervolgens ultrasoon te gebruiken om het in 2 minuten vrij te geven, en de cyclus te herhalen.
Belangrijker nog, de energie die nodig is om water met ultrasoon te extraheren bleef constant, in tegenstelling tot de geleidelijke daling die bij warmte‑gebaseerde methoden wordt gezien.
Bron: Nature Communications
Toekomstige Verbeteringen in Atmosferische Waterwinning
Volgende Generatie Sorptiematerialen
Deze methode gebruikte lithium‑hydrogels, maar er bestaan veel andere sorptiematerialen: andere hydrogels, metaal‑organische raamwerken, micro‑ en nanoveermatten, en combinaties van deze materialen.
Elk zal opnieuw geëvalueerd en opnieuw ontworpen moeten worden om de compatibiliteit met de alternatieve extractiemethode te verbeteren.
De afbraakbestendigheid van deze andere sorptiematerialen moet ook worden geëvalueerd.
Verbeteren van Ultrasone Efficiëntie
Aangezien NASA tests heeft uitgevoerd op PZT‑actuatoren tot 100 miljard cycli over 580 dagen en geen merkbare schade of substantiële prestatie‑daling heeft aangetoond, wordt verwacht dat het ultrasoon‑genererende deel van het apparaat zeer duurzaam is.
Echter, het ontwerp dat in dit experiment werd gebruikt is relatief inefficiënt in het omzetten van stroom naar ultrasoon, met slechts 17 tot 19 % efficiëntie.
Een 1‑3 composiet piezo‑elektrisch transducer‑array‑apparaat, in plaats van een enkele ring‑vormige actuator, zou tot wel 35 % efficiëntie kunnen bereiken.
Grotere PZT‑gebaseerde ultrasoon kan ook veel efficiënter zijn dan het kleine experimentele apparaat dat hier is getest. Dus in totaal zou een efficiëntie van 1.000 % of meer haalbaar kunnen zijn bij het kalibreren en verbeteren van het gebruikte PZT‑materiaal.
Naar Watergenererende Torens?
Een andere belangrijke verbetering is dat ultrasone extractie niet vereist dat het sorptieoppervlak wordt blootgesteld aan zonlicht. De apparaten kunnen dus verticaal op elkaar gestapeld worden zonder in principe een limiet op het aantal verticale rijen.
In plaats van een grootschalig veld om zonlicht op te vangen, kunnen grote torens die water laten stromen vanuit elk gestapeld apparaat worden gebouwd voor meer gecentraliseerde ontwerpen.
Bedrijven die Watertekorten Oplossen
XYL Prijsgrafiek
Samen met het Europese Veolia is Xylem een wereldleider in waterzuivering, afvalwaterbehandeling en ontzilting. Het heeft meer dan 23.000 medewerkers (waarvan meer dan 6.000 ingenieurs) en opereert in 150 landen, met een focus op de VS, en meer dan 35.000 directe industriële klanten.
De belangrijkste markt is gemeentelijk drink‑ en afvalwater, maar het biedt ook watergerelateerde oplossingen voor andere sectoren zoals gezondheidszorg, energie, voedsel‑ & dranken, olie‑ & gas, micro‑elektronica, enz.
Bron: Xylem
Xylem kan de cruciale gepatenteerde apparatuur leveren om water te zuiveren of te produceren, zoals ozongeneratoren, UV‑lampen, ontziltingsmembranen, ultra‑zuiver water‑generatoren, enz.
Maar het levert ook “eenvoudigere” apparatuur die even cruciaal is voor watergerelateerde operaties, zoals turbines, pompen, leidingen, injectie, software, enz., evenals onderhouds‑, reparatie‑ en installatiediensten, waardoor het een one‑stop‑shop is voor de meeste watertoepassingen.
Bron: Xylem
De watermarkt blijft zeer gefragmenteerd, waarbij Xylem een van de grootste bedrijven in de sector is, maar nog steeds “slechts” een marktaandeel van 10 % heeft van de $80 miljard adresseerbare markt.
Het bedrijf besteedt ongeveer 4 % van de omzet aan R&D. Het zou moeten profiteren van nieuwe regelgeving met betrekking tot PFAS (Per‑ en polyfluoroalkylstoffen, of eeuwige chemicaliën), waarbij meer dan 6.000 nutsbedrijven dergelijke PFAS‑behandeling nodig hebben.
Xylem groeit gestaag, met een nettowinst die steeg van $297 M in 2012 tot $609 M in 2023, terwijl de EBITDA‑marge stabiel bleef tussen 17‑19 %.
Over het geheel genomen maakt dit het investeringsprofiel van het bedrijf minder vergelijkbaar met dat van een industriële onderneming (vaak cyclisch) en meer met dat van een nutsbedrijf dat groeit met de algemene economie of iets sneller, zoals de meeste van haar afnemers.
Laatste Xylem (XYL) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen
Studie Gerefereerd
1. Shuvo, I.I., Díaz‑Marín, C.D., Christen, M. et al. High‑efficiency atmospheric water harvesting enabled by ultrasonic extraction. Nature Communications 16, 9947 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65586-2
