Bærekraft
Hydrogen og ferskvann fra sjøvann ved hjelp av solenergi
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Behovet for ferskvann og hydrogen
I mange områder med voksende befolkning er ferskvann en knapp ressurs. Mangelen kan også skjerpe spenninger mellom land, slik vi ser i striden om bruken av Nilens vann mellom Egypt og Etiopia.
Avsalting blir stadig vanligere, men krever mye energi. Flere solcellepaneler alene er ofte ikke nok til å gjøre vannproduksjonen rimelig.
Vi trenger også mer fornybar energi som kan lagres og brukes som drivstoff i tungt utstyr og industri. Hydrogen kan være ett alternativ, men høye kostnader har hittil begrenset bruken i stor skala.
Solenergi kan bidra her også, men elektrolyse for å fremstille hydrogen er fortsatt kostbart.
En ny elektrolyseteknologi som drives av solenergi, forsøker å løse begge problemene samtidig. Den bruker sjøvann som utgangspunkt og produserer ferskvann i tillegg til hydrogen.
Forskere ved Johns Hopkins University, Michigan State University, Cornell University, Lehigh University og MIT beskrev metoden i en studie publisert i Energy & Environmental Science med tittelen «Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater».
Gjør sjøvann nyttig
Havene dekker rundt 70 prosent av jordens overflate. Sjøvann er også tilgjengelig for mange mennesker: over 40 prosent av verdens befolkning bor innenfor 100 kilometer fra kysten, og over halvparten innenfor 200 kilometer.
Kilde: StatsMapsNPix
«Derfor begynte vi å utvikle denne teknologien. Vi spurte oss hvilke ressurser det finnes mest av på jorden. Sollys og sjøvann er i praksis svært rikelige og koster ingenting som råvarer.»
Sjøvann er imidlertid salt og kan verken drikkes eller brukes direkte til vanning av avlinger. I tørre områder vurderes derfor andre kilder til ferskvann, som innsamling av vann fra luften eller bedre rensing av avløpsvann. Avsalting er likevel trolig den eneste varige løsningen som kan gi store vannmengder til mange land. Flere av disse landene har mye sol, så avsalting kan drives med solenergi, for eksempel gjennom ionemembraner eller ved å fordampe vannet direkte. De høye faste kostnadene ved slike anlegg gjør likevel vannet dyrt å produsere.
«Både vann og energi er avgjørende i hverdagen. Vanligvis øker vannforbruket når vi vil produsere mer energi.
Samtidig trenger vi drikkevann, fordi to tredeler av verdens befolkning opplever vannmangel.»
Sjøvann kan heller ikke brukes direkte i vanlig hydrogenelektrolyse, som krever svært rent, destillert vann.
Bedre utnyttelse av sollys
Avsalting har hittil vært hemmet av behovet for store og kostbare anlegg som fanger solenergi, samtidig som vannet bør produseres billigst mulig.
Forskerne ville at det samme solanlegget skulle produsere hydrogen, som har høyere verdi, samtidig med ferskvann.
Solcellepaneler utnytter bare en del av solstrålingen. Ikke alle bølgelengder omdannes til strøm i silisium, og 100 prosent virkningsgrad er ikke mulig.
Strålingen som ikke utnyttes, varmer opp anlegget. Varmen kan svekke virkningsgraden ytterligere; mange solcellepaneler fungerer best ved forholdsvis lave temperaturer.
Alt i én enhet
Forskerne undersøkte derfor om én enhet kunne bruke sollys og sjøvann til å produsere strøm, hydrogen og ferskvann samtidig. Målet var å la overskuddsvarme eller andre bivirkninger fra én prosess komme en annen til nytte.
I den foreslåtte utformingen støtter prosessene hverandre på flere måter:
- Hydrogen og ferskvann produseres i samme enhet, slik at utstyr og kostnader kan deles og mer av solspekteret kan utnyttes.
- Sjøvann er råstoffet, så hydrogenproduksjonen er ikke avhengig av en egen forsyning av ferskvann.
- Produksjon av svært rent vann tar opp varme. Det kjøler solcellepanelene og kan øke strømproduksjonen.
- Sjøvannet kommer ikke i direkte kontakt med elektrokatalysatoren som produserer hydrogen. Det begrenser korrosjon og uønskede kjemiske reaksjoner.
- Strømmen brukes direkte til hydrogenproduksjon i samme enhet. Dermed blir behovet for batterilagring og utbygging av strømnettet mindre.
Den tekniske utformingen
Ideen høres enkel ut, men det er en krevende teknisk oppgave å få alle prosessene til å fungere effektivt samtidig.
Et luftgap skiller fordamperen fra elektrolysøren med protonutvekslingsmembran (PEM). Dermed kommer sjøvannet ikke i direkte kontakt med elektrokatalysatorene.
Forskerne la til flere deler for å forbedre virkemåten:
- En kapillær veke holder en tynn vannfilm inntil solcellepanelet, slik at fordampningen kan kjøle det ned.
- Varme øker damptrykket, noe som kan øke produksjonen av destillert vann og støtte hydrogenproduksjonen.
- Varmen som frigjøres når damp blir til væske, kan brukes til å øke effektiviteten i hydrogenproduksjonen.
- Sjøvannet strømmer i én retning for å begrense opphopning av salt i avsaltingssystemet.
Etter prosessen gjenstår noe saltere sjøvann. Destillert vann som ikke brukes til hydrogenproduksjon, kan brukes som ferskvann etter kvalitetskontroll.
«Utformingen var utfordrende fordi avsalting, elektrolyse og solcellepanel påvirker hverandre på kompliserte måter. Solenergi og elektrisk, kjemisk og termisk energi omdannes og overføres hele tiden.»
Testing av prototypen
I tester med den kombinerte enheten for soldrevet destillasjon og vannelektrolyse (HSD-WE) produserte en celle på 10 × 10 centimeter rundt 200 milliliter hydrogen i timen fra sjøvann under naturlig sollys. Virkningsgraden fra sollys til hydrogen var 12,6 prosent.
Kilde: Cornell University
Forsøket ble utført utendørs med ekte sjøvann og skiftende vær. Skyer reduserte hydrogenproduksjonen en del av dagen.
Beregnet lønnsomhet
Forskerne modellerte hvor mye hydrogen enheten kunne produsere på ulike steder. I beregningen deres falt prisen til rundt 5 dollar per kilogram etter tre års drift og til om lag 1 dollar per kilogram ved en levetid på 15 år. Dette er anslag, ikke målte kostnader fra et kommersielt anlegg. Til sammenligning oppga forskerne en daværende gjennomsnittspris på rundt 10 dollar per kilogram for grønt hydrogen.
Kostnadene ved konvensjonelt grønt hydrogen begrenses av strømpriser og investeringer i utstyr.
HSD-WE-enheten bruker sollys direkte og består i stor grad av passive komponenter. I modellen kan det redusere behovet for ekstra kostnader til nettilkobling, vanntransport og lagring. Om dette holder i stor skala, gjenstår å se.
«Vi ønsker å unngå karbonutslipp og forurensning. Samtidig er vi opptatt av kostnadene: Jo lavere de er, desto større er muligheten for utbredt bruk. Vi mener fremtidige anlegg har stort potensial.»
Selskapsprofil: Xylem og vannforsyning
XYL Prisdiagram
Sammen med europeiske Veolia er Xylem en stor aktør innen vannrensing, avløpsbehandling og avsalting. Ifølge selskapsopplysningene som artikkelen bygde på, hadde Xylem over 23 000 ansatte, deriblant over 6 000 ingeniører. Det var virksomt i 150 land og betjente over 35 000 industrikunder.
Selskapets viktigste markeder er kommunalt drikkevann og avløpsvann. Det leverer også løsninger til blant annet helsevesenet, energisektoren, næringsmiddelindustrien og mikroelektronikk.
Kilde: Xylem
Xylem leverer utstyr til rensing og produksjon av vann, blant annet ozongeneratorer, UV-lamper, avsaltingsmembraner og systemer for svært rent vann. Selskapet tilbyr også pumper, rør og programvare samt tjenester for installasjon, vedlikehold og reparasjon.
Kilde: Xylem
Vannbransjen er oppdelt mellom mange aktører. Xylem er et av de større selskapene, men hadde ifølge anslagene i artikkelen en andel på rundt 10 prosent av markedet det betjente.
Selskapet bruker rundt fire prosent av omsetningen på forskning og utvikling. Det kan dra nytte av nye regler om PFAS (per- og polyfluoralkylstoffer, også kalt «evighetskjemikalier»), som kan føre til at tusenvis av vannverk trenger nye renseløsninger.
Langsiktige investeringer i vanninfrastruktur påvirker selskapets utsikter. Den som vurderer å investere i Xylem, må likevel undersøke oppdaterte tall, verdsettelse og risiko.
Siste nytt om Xylem Inc.
Referert studie:
1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater”. Energy Environ. Sci., 2025, 18, 5264–5276. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E
