3D Nanoteknologisk Gjennombrudd Tilbyr Rent Vann Renset av Sollys

At alle har tilgang til trygt, rent drikkevann er en av de største utfordringene verden står overfor i dag.

Omtrent halvparten av verdens befolkning, ifølge FN sin World Water Development Report 2024, opplever alvorlig vannmangel i minst en del av året. Vannunderskudd har faktisk blitt koblet til en 10 % økning i global migrasjon.

Lave nivåer av avløpsvannbehandling fører til dårlig vannkvalitet i lavinntektsland, mens avrenning fra landbruk er et stort problem i høyinntektsland.

Samtidig øker etterspørselen etter rent drikkevann i takt med at verdens befolkning vokser. Rask befolkningsvekst, urbanisering og økende vannbehov fra energisektoren, landbruket og industrien bidrar til den økende etterspørselen etter vann.

Imidlertid viser data at milliarder av mennesker vil mangle tilgang til trygt vann, sanitær og hygiene i 2030. I 2022 hadde 703 millioner mennesker ingen grunnleggende vannforsyning, mens et enda høyere tall, 2,2 milliarder, manglet trygt håndtert drikkevann.

Midt i dette blir vann tilgjengelighet mindre forutsigbar, mens vannmangel forventes å øke med den globale temperaturstigningen på grunn av klimaendringer. Vannressurser er også i fare på grunn av forurensning og vannbårne sykdommer.

Utfordringen med ubehandlet avløpsvann

Et overveldende flertall av industriavfall, ifølge FN, blir deponert i utviklingsland uten å bli fullt behandlet.

Meanwhile, only a small fraction of the world’s wastewater is adequately treated. According to the UN, the proposition of total wastewater receiving some level of treatment could only be calculated for 73 countries (42% of the world’s population), out og 107 countries (73% of the global population) that reported wastewater statistics for 2022.

Rapportering om industriell avløpsvannbehandling er svært begrenset, med data kun rapportert fra 22 land (8 % av verdens befolkning), hvor kun 38 % av industriavløpsvannet er rapportert som behandlet. Dessuten er kun 27 % av avløpsvannet trygt behandlet.

Når det gjelder husholdningsavløpsvann, ble 42 % ikke trygt behandlet. Hovedårsaken var mangel på et egnet system for innsamling av gråvann og svartvann.

Avløpsvann er vann som genereres etter husholdnings-, industri- og kommersiell bruk av råvann, ferskvann eller drikkevann. Det inneholder ulike stoffer som kan være skadelige for økosystemer og menneskers helse. 

Stoffer som tungmetaller, organiske og uorganiske forurensninger, patogener og industriutslipp, blant annet, som introduseres i vann, blir ikke naturlig nedbrutt, noe som betyr at de vedvarer i miljøet.

Deretter finnes fremvoksende forurensninger, inkludert vaskemidler, industrielle kjemikalier, legemidler, cyanotoksiner, hormoner, per- og polyfluoralkylstoffer (PFAS) og nanomaterialer, som forårsaker kaos.

Teknologisk innovasjon kan tilby høyytelses, lavkostnads behandlingsalternativer for å sikre tilstrekkelig rent, billig vann for alle.

Noen av disse innovasjonene innen vannrensing inkluderer avanserte membranteknologier som omvendt osmose (RO), ultrafiltrering (UF) og direkte-kontakt membran destillasjon (DCMD).

Solenergidrevne filtre bruker solenergi for å gjøre rent vann tilgjengelig i avsidesliggende områder. Fremvoksende teknologier som elektrokoagulering, mikrobielle brenselceller og avanserte oksidasjonsprosesser bidrar også til å forbedre vannkvaliteten.

En annen teknologisk innovasjon som driver vannrensing er nanoteknologi, som tilbyr effektiv fjerning av forurensninger og mikrober. 

Nanoteknologi for effektiv vannbehandling

Konvensjonelle vann-desinfeksjonsmetoder er svært effektive og derfor mye brukt, men de har sine egne ulemper. For eksempel, ved klorering er det en risiko for dannelse av skadelige desinfeksjonsbiprodukter. Ultrafiolett stråling krever derimot betydelige energiinnganger og har begrenset effektivitet mot for eksempel tetracyklin-resistente E. coli.

I et forsøk på å forbedre vannbehandlingsprosesser har forskere gjort teknologiske fremskritt som har ført til bruk av nanoteknologi i vannrensing for trygt drikkevann.

Nanoteknologi innebærer bevisst manipulering av materie på en svært liten skala, og den har potensialet til å spille en nøkkelrolle i å muliggjøre integrert vannforvaltning for å øke effektiviteten i behandlinger og til og med utvide vannforsyninger ved å bruke ukonvensjonelle vannkilder.

For å øke tilgangen til rent, trygt drikkevann, behandler nanoteknologi grunnvann, overflatevann og avløpsvann med innovative nanomaterialer. Noen av fremskrittene i nanoteknologi brukt for avløpsvannbehandling inkluderer magnetiske nanopartikler, bioaktive nanopartikler, nanofiltrering, nano-adsorbenter, nanokatalysatorer, nanopulver, nano-biocider og nanofibre.

Forskere har populært demonstrert bruk av karbonnanorør og nanocellulose for vannfiltrering. Disse metodene fjerner giftige tungmetaller fra vann, hindrer biologiske og kjemiske farer fra å komme inn i vann, og adsorberer forurensninger fra vannstrømmer. Selv gullnanopartikler har blitt brukt for å rense vann for forurensninger som pesticider og legemidler.

Selv om nanoteknologi tilbyr lovende løsninger for rent drikkevann, står den overfor potensielle helse- og miljørisikoer fra nanomaterialer og enda større utfordringer i storskala produksjon og kostnad, noe som begrenser implementeringen.

Nå tilbyr forskere ved Ohio State University en ny metode for å rense drikkevann: 3D nanoteknologiske tepper. 

Laget av titandioksid (TiO₂) nanofibre, utnytter de sollys til å bryte ned skadelige forurensninger i vann og generere bærekraftig energi. De produserer ikke giftige biprodukter, og teamet har verktøyene til å skalere dem kommersielt.

En ny metode for å rense drikkevann

I den siste studien, støttet av National Science Foundation, har forskere laget et nytt materiale for å rense vann ved å fjerne farlige forurensninger.

Det nye materialet er utviklet ved å kombinere to metoder – myke kjemigeler og blandings-elektrospinning.

I elektrospinning, en fiberproduksjonsmetode, påføres elektrisk kraft på en løsning for å lage nanofibre. Denne metoden brukes vanligvis til å fremstille lange, kontinuerlige nanofibre. Teamet utviklet tynne fiberlignende strimler av titandioksid på denne måten.

Titandioksid (TiO₂) er en uorganisk forbindelse som vanligvis brukes i gassensorer, solceller, fotokatalyse og selvrengjørende teknologier.

Selv om forbindelsen er en god alternativ energikilde, er solenergisystemer som bruker nanopartiklene vanligvis begrenset i kraft. Dette skyldes at de kun kan gjennomgå fotokatalyse ved å absorbere ikke-synlig ultrafiolett (UV) lys, noe som gir lav effektivitet og krever komplekse filtreringssystemer som skaper utfordringer i implementeringen. 

I tillegg hindrer den korte levetiden til de fotogenererte elektronene og hullene i TiO₂-nanopartikler deres effektive utnyttelse, mens mangelen på en lett gjenopprettelig selvstøttet nanostruktur fortsatt er en utfordring.

Ulike studier har undersøkt doping med ulike metallioner som Ag (sølv), Fe (jern), Pd (paladium), Pt (platina), Zn (sink), Mn (mangan), B (bor) og Zr (zirkonium) for å overvinne disse begrensningene og forbedre titandioksidens fotokatalytiske egenskaper.

Men det var kobber (Cu) som viste lovende resultater. Tilsetting av dette myke metallet med svært høy termisk og elektrisk ledningsevne til materialet endret ting. Dette krevde imidlertid at den optiske båndgapet reduseres og overflate-til-volum-forholdet økes for Cu-dopet titania for å oppnå ønsket fotokatalytisk aktivitet, noe som førte til andre problemer. 

Dermed måtte forskerne designe et system som gir stabile Cu-dopede TiO₂-nanopartikler med høyt overflate-til-volum-forhold gjennom nanofiber-baserte prosesser.

Klikk her for å lære hvordan solenergidrevet avsalting løser vannmangel.

Et verktøy for vannremediering og kraftgenerering

Studien, publisert i tidsskriftet Advanced Science¹, beskrev de nye strukturer som kalles nanomatter. Disse nanomattene kan absorbere nok lysenergi til å bryte ned farlige forurensninger i luft og vann.

«Det har ikke vært en enkel måte å lage noe som et teppe du kan legge på vannet og begynne å generere energi. Men vi er de eneste som har laget disse strukturene og de eneste som har demonstrert at de faktisk fungerer.»

Det å tilsette kobber til titandioksid superladde prosessen med å ødelegge forurensninger.

Under denne prosessen, når TiO₂ absorberer lys, dannes elektroner som oksiderer vann og angriper forurensninger, som blir ødelagt til de blir ufarlige. 

For å fastslå den nye materialets høye effektivitet, karakteriserte forskerne de oppdaterte egenskapene til nanomatten. Dette hjalp dem å forstå hvordan den oppførte seg og hva som gjorde den forskjellig fra andre selvrengjørende nanopartikler.

Forskerne fant at når de blir utsatt for naturlig sollys, kan disse nanomattene være mer effektive i kraftgenerering enn tradisjonelle solceller.

«Disse nanomattene kan brukes som kraftgenerator, eller som verktøy for vannremediering. På begge måter har du en katalysator med den høyeste rapporterte effektiviteten til dags dato.»

– Gouma

I tillegg er disse fibermattene lette, enkle å fjerne, og kan flyte og fungere over ethvert vann. De er også gjenbrukbare og kan gjennomgå flere rengjøringssykluser. 

Gitt den høye effektiviteten til disse nanomattene, ser forskerne deres bruk i å fjerne industrielle forurensninger fra vann i utviklingsland og omdanne forurensede elver og innsjøer til kilder for rent drikkevann.

I tillegg gjør det faktum at denne teknologien ikke genererer noen giftige biprodukter nanomattene miljøvennlige.

«Det er et trygt materiale, det vil ikke skade noe, og det er så rent som det kan bli.» 

– Gouma

Når det gjelder kommersialiseringen av denne effektive teknologien, som teamet har de rette verktøyene for, avhenger det av at industrien legger merke til den.

«Vi har verktøyene til å lage dem i store mengder og overføre dem til ulike industrier. Den eneste begrensningen er at det trengs noen som utnytter disse rikelige ressursene.»

– Gouma

Alt i alt tror teamet på nanomattenes potensial. De kan brukes til å tilby rent drikkevann i vannbehandlingsanlegg, avsidesliggende områder og i katastrofehjelpsinnsatser. Avhengig av videre testing og skalerbarhet, kan kommersielle anvendelser dukke opp innen 3 til 5 år.

Teamet tror at disse nanomattene også kan være lovende verktøy i mange fremtidige fotokatalytiske anvendelser. Disse inkluderer langsiktige bærekraftstiltak som soldrevet hydrogenproduksjon og miljøremediering.

Foreløpig jobber teamet med å videreutvikle materialet, som er helt nytt. Denne nye formen for nanoteknologi, sa Gouma, er «virkelig imponerende og noe vi er svært begeistret for».

Innovativt selskap

Xylem Inc.  

En global leder innen vannteknologi, Xylem utvikler innovative løsninger for vannrensing og -behandling, noe som gjør dem til en sterk kandidat for å integrere nanoteknologibaserte vannrensesystemer.

Selskapet tilbyr produkter innen et bredt spekter av anvendelser, inkludert vann, vannpumper, behandlingsutstyr, pumper, ventiler og varmevekslere. Det leverer også analytisk instrumentering for vannprøving og løsninger for intelligent bruk og bevaring av kritiske vann- og energiresurser.

Når det gjelder avløpsvannbehandling, tilbyr Xylem en biologisk prosess kalt aerob behandling, som foregår i nærvær av oksygen og omdanner organisk materiale til karbondioksid og ny biomasse. Deretter finnes anaerob avløpsvannbehandling, som foregår i fravær av oksygen, hvor mikroorganismer bryter ned organisk avfall. Den brukes vanligvis til behandling av varmt, høystyrke industrielt avløpsvann med store mengder biologisk nedbrytbart organisk materiale.

Xylem tilbyr også en digital vannstyringsløsning kalt Water One® som optimaliserer ditt vannbehandlingssystem for større effektivitet.

Selskapets desinfeksjonssystemer tilbys for kommunale, industrielle og rekreasjonsvannapplikasjoner. De inkluderer analyser og prosesskontrollere, klordioksidgenereringsutstyr, gassforsyningssystemer, ozonsystemer, hypoklorsystemer, ultrafiolett desinfeksjonssystemer og mer. 

Dets høyrenhet vannsystemer behandler vann gjennom flere trinn for å hjelpe deg å oppfylle kvalitetsstandardene for kritiske anvendelser i laboratorier, helsevesen, farmasøytisk industri og halvlederindustri.

Xylems filtreringsløsninger dekker alt fra regenererende mediefiltre, skivefiltre, sandfiltre, høy-effektive mikrosandfiltre og trykkfiltre til omvendt osmose-membraner, skruepumper, UF-systemer, mikrofilttering, dampfase luktkontrollsystemer og vannmyknere. Dette gir et bredt spekter av alternativer for rekreasjons- og industriell bruk samt for svømmebassenger og tertiær avløpsvannbehandling for kommuner. 

Nå er Xylem et selskap med en markedsverdi på 29,65 milliarder dollar, hvis aksjer, per skrivende stund, handles til 122,02 $, opp 5,17 % år‑til‑dato. Det har en EPS (TTM) på 3,65, en P/E (TTM)-ratio på 33,40, og en ROE (TTM) på 8,55 %. Selskapet betaler en utbytteavkastning på 1,31 %.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte det for Q4 2024 en inntektsøkning på 7 % til 2,3 milliarder dollar, mens bestillinger var på 2,2 milliarder dollar. Resultat per aksje for kvartalet var 1,34 $, opp 22 %, og kom inn på 1,18 $ på justert basis, opp 19 %.

«Teamet leverte et sterkt fjerde kvartal for å avslutte et rekordbrytende år for Xylem. Alle segmenter leverte sterk vekst i Q4‑bestillinger, noe som gir oss momentum inn i 2025 med robust underliggende etterspørsel.»

– CEO Matthew Pine

Nettoresultatet i kvartalet var 326 millioner dollar, og justert nettoresultat var 287 millioner dollar. Xylem økte sitt første kvartalsutbytte med 11 % til 0,40 $ per aksje, som ble utbetalt til aksjonærene denne måneden.

For hele året 2024 var inntektene 8,6 milliarder dollar, en økning på 16 %. Resultat per aksje var 3,65 $, opp 31 % og 4,27 $ på justert basis, opp 13 %.

For dette hele året er Xylems utsikter en inntekt mellom 8,6 og 8,7 milliarder dollar, og fri kontantstrømmargin er prognostisert til 9 til 10 %.

Selskapet forventer at resultat per aksje for dette året vil ligge i området 4,50 til 4,70 $. Ifølge Pine:

«Vår veiledning for 2025 reflekterer teamets forpliktelse til vår langsiktige rammeverk mens vi fortsetter å gjøre våre kunder i stand til å takle verdens største vannutfordringer.» 

Siste nyheter om Xylem Inc.

Konklusjon

Verden står overfor en vannkrise med millioner som mangler tilgang til trygt drikkevann og sanitær. Denne vannmangelen er et resultat av en voksende befolkning, forurensning, overutnyttelse og klimaendringer. Situasjonen forventes å bli enda verre i de kommende årene, noe som skaper behov for kostnadseffektive og mer effektive løsninger for å takle problemet.

Avløpsvannbehandling er en slik kritisk strategi som kan bidra til å dempe vannmangel ved å forbedre vannkvaliteten, øke tilgangen til vann, redusere avhengigheten av ferskvannskilder og gjøre vann til en mer bærekraftig ressurs.

Nanoteknologi har lenge lovet å revolusjonere vannrensing, men har ennå ikke oppnådd bred adopsjon. Derfor markerer utviklingen av 3D nanoteknologiske tepper et betydelig gjennombrudd. Disse teppene bruker sollys til å fjerne forurensninger samtidig som de genererer bærekraftig energi.

Den lette, gjenbrukbare naturen til disse nanomattene, kombinert med fraværet av giftige biprodukter, gjør dem til et miljøvennlig alternativ til konvensjonelle filtreringsmetoder. Etter hvert som industrien legger merke til dette, kan denne nye teknologien redefinere hvordan vi nærmer oss vannbehandling globalt. En vellykket kommersialisering vil imidlertid møte de rene, trygge drikkevannbehovene til hundrevis av millioner mennesker globalt!

Klikk her for en liste over de beste nanoteknologiske aksjene.