Solenergidrevet polymerteknologi halverer kostnadene for avsalting

Mye av den moderne verden er avhengig av ofte glemte infrastrukturer som veier, havner, elektriske linjer osv.

En annen kritisk infrastruktur er vann, fra innsamling til rensing og behandling av avløpsvann. Tilgang til rent vann er ikke bare viktig for hverdagslivet og for å holde forurensning under kontroll; det er også en vital ressurs for produksjon, datasentre osv.

Dessverre er den enorme majoriteten av vannet på jorden låst i havene eller i de arktiske og antarktiske isbreene, og etterlater mindre enn 1 % tilgjengelig som brukbart ferskvann.

Kilde: OpenEdu

Det er derfor effektive avsaltningsmetoder som ikke er avhengige av dyre og energikrevende prosesser kan være en stor innovasjon. De kan ikke bare hjelpe tørre regioner som i dag er avhengige av slike kostbare avsaltningsmetoder, men også bidra til å produsere ferskvann på enhver kyst på jorden, hvor 80 % av verdens befolkning allerede bor.

Den samlede kontrakterte avsalningskapasiteten har nå overgått 100 millioner m³/d, og nesten 60 % av avsaltingen er viet til menneskelig forbruk, med allerede 21 000 avsaltningsanlegg for sjøvann over hele verden.

Å gjøre slike anlegg mer effektive vil også redusere energiforbruket og bidra til å redusere karbonutslipp, et viktig steg ettersom global oppvarming i seg selv er en faktor i ørkenspredning og vannmangel som gjør avsalting enda mer nødvendig.

Kinesiske forskere ved Beijing Academy of Science har utviklet en ny polymer med en ny tredimensjonal (3D) fototermisk arkitektur som akselererer fordampning, og gjør solenergidrevet avsalting mye mer effektiv, med en reduksjon i energiforbruket for fordampning på 45,7 %. De publiserte sine funn i Advanced Materials¹, under tittelen “Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination”.

Solenergidrevet avsalting

Det finnes mange måter å fjerne salt fra sjøvann for å gjøre det drikkbart. I dag er den mest vanlige store‑skala avsaltingsmetoden omvendt osmose, hvor høytrykks‑pumper tvinger vannet gjennom spesialiserte membraner med mikroskopiske porer, og skiller rent vann fra oppløste salter.

Problemet er at denne prosessen er ganske energikrevende og krever dyre kunstige membraner for å utføre jobben.

Et alternativ er termiske metoder, som utnytter det faktum at når vann fordamper, blir saltet igjen, mens dampen er rent ferskvann. Dette er imidlertid også en energikrevende prosess.

De fleste tørre områder er ørkener og preges av intens sollys, noe som gjør sollys til den logiske energikilden for avsalting.

Det er derfor ethvert materiale som kan hjelpe fordampning med mindre energi kan radikalt endre økonomien i avsalting. For eksempel har vi tidligere dekket hvordan hydrogel kan hjelpe fotoner med å skape fordampning uavhengig av varme eller hvordan en ionkonsentrasjonsprosess kan brukes til å lage en bærbar avsaltingsenhet som veide mindre enn 10 kilogram.

Det som gjør den nye polymeren utviklet av de kinesiske forskerne bemerkelsesverdig, er at den kombinerer holdbarhet, enkel produksjon og virkelige tester som demonstrerte dens økonomiske levedyktighet ved å produsere ferskvann billigere enn flaskevann og som kan brukes til å dyrke avlinger.

Solenergidrevet avsalting gjennom polymerer

Maksimere sollys eksponering

Teoretisk er bruk av sollys for avsalting den enkleste prosessen, siden den bruker solens varme til å fordampe vann. I praksis kan fordampningshastigheten avhenge av mange variabler som omgivelsesvarme, overflateareal, relativ luftfuktighet, luftbevegelse, trykk og vanntemperatur.

«Sol‑drevet fordampning er en lovende tilnærming, men den praktiske implementeringen hindres ofte av vanskeligheten med å integrere ytelse, robusthet og økonomisk levedyktighet på en synergisk måte»

Hvordan vann eksponeres for luft og solens stråler kan radikalt endre hastigheten på fordampning og energien den krever. Med dette i tankene utviklet forskerne en polymer med unike hulstrukturer som er sammenkoblet for å maksimere fordampning.

Kilde: Advanced Materials

«Strukturen inneholder tett sammenkoblede polymerkjeder med hule skallstrukturer som gir en rekordhøy fordampning – 8,5 ganger høyere enn tidligere rapporterte hastigheter for teknologien.»

Denne strukturen maksimerer solfangst, og reduserer energien som kreves for fordampning. Totalt ble energiforbruket for fordampning drastisk redusert da solabsorpsjonen var nær det teoretiske maksimum.

«Denne strukturen viser 90,2 % bredbånds‑solabsorpsjon og reduserer energiforbruket for fordampning med 45,7 %.»

Optimale polymer solfangere

Materialet som ble brukt var Ta₂O₅/C (tantalum pentoksid‑karbon), som både kan absorbere sollys og danne sterke polymer‑molekylære bindinger. Måten det fungerer på er at polyester‑polymerkjedene presist trenger inn i den porøse strukturen til nanosphærene, og skaper en «nanoskog‑morfologi».

Kilde: Advanced Materials

Forskerne testet flere kapillarrør‑lengder for å observere hvilken som var best for å trigge fordampning. De fant at med den hule strukturen lagt til, nådde PET‑kapillærer nesten maksimal effektivitet med kun 15 centimeter lengde.

Kilde: Advanced Materials

Holdbarhet og kommersielle anvendelser

Etter 30 dager i sjøvann var materialet fortsatt upåvirket av både saltet og sollyset, uten påviselig skade selv ved observasjon med elektronmikroskopi. I tillegg ble ingen aktive frie radikaler oppdaget da materialet ble eksponert for lys, noe som tyder på potensiell god holdbarhet og pålitelighet over lang tids bruk, siden radikaler er en hoveddriver for plastdegradering fra sollys.

Forskerne anslår at materialet kan vare i flere år under reelle forhold og beholde sin ytelse, en forutsetning for enhver stor‑skala anvendelse.

De testet også potensialet for masseproduksjon, med en laboratorie‑20‑liter hydrotermisk reaktor og en fler‑sonet tunnelovn som produserte 100 g av materialet, og metoden er enkel å anvende for mye større batcher på titalls kilogram materiale.

En full livssykluskostnadsanalyse viser at etter to år med drift vil kostnaden for vannproduksjon falle under den for kommersielt tilgjengelig flaskevann, noe som demonstrerer betydelig økonomisk konkurranseevne, i det minste for drikkevann i områder med tilgang til havet.

Kilde: Advanced Materials

Testing av prototyper

Forskerne brukte materialet i en 0,75 m² aktiv‑kondensasjons sol‑avsaltingsenhet. Den produserte mer enn 20 liter (5,2 galloner) ferskvann under naturlig sollys, med en kvalitet som oppfyller WHO‑drikkestandarden.

Denne produksjonen er tilstrekkelig til å dekke de grunnleggende daglige drikkebehovene for omtrent ti personer, kun ved bruk av sollys og sjøvann.

Kilde: Advanced Materials

Det samme vannet ble også testet for å støtte veksten av ulike avlinger i en hel sesong, ved hjelp av en 5 m² demonstrasjonsplot. De dyrket spinat, mais og kinesisk kål, og viste hvordan dette systemet kan hjelpe med å dyrke avlinger i tørre regioner.

Kilde: Advanced Materials

Fremtiden for avsalting

Ytterligere tester med dette nye materialet kan gjennomføres for å optimalisere produksjonen ytterligere. For eksempel kan enkle speilsett bidra til å varme opp vannet og øke fordampningsraten, samtidig som de koster svært lite i ekstra materialer eller installasjonskompleksitet.

På samme måte kan ekstra maskineri som vifter eller andre støttesystemer som tilsetter trykk eller reduserer luftfuktigheten, alle drevet av fotovoltaiske paneler, også bidra til å øke produktiviteten ytterligere.

Alt i alt er det sannsynlig at en blanding av avanserte materialer som øker effektiviteten og enkle nok design som kan skaleres økonomisk, vil dominere avsaltningsløsningene.

Og selskapene med ekspertise i håndtering av ferskvann og avsaltningsanlegg vil gradvis ta i bruk disse nye designene og oppgradere sine infrastrukturer tilsvarende.

Investering i vanninfrastruktur

Consolidated Water

Consolidated Water (CWCO ) er en viktig leverandør av ferskvann til Karibia og USA. Deres spesialitet er avsaltningsanlegg, med fokus på områder med begrenset ferskvannstilførsel.

De har totalt 11 anlegg i drift, som genererer 27,3 millioner gallons ferskvann daglig, samt 97 vannbehandlingsanlegg. En nøkkelkontrakt for selskapet er på Caymanøyene, hvor de har en eksklusiv vannforsyningslisens for å levere 6 millioner gallons per dag.

Kilde: Consolidated Water

Selskapet har nylig vunnet kontrakten for et stort anleggsprosjekt i Hawaii, for å designe, bygge, drifte & vedlikeholde et nytt sjøvanns‑omvendt‑osmose‑avsaltningsanlegg på O’ahu. Det vil produsere 1,7 millioner gallons drikkevann daglig. Det blir det 24.^th sjøvanns‑omvendt‑osmose‑avsaltingsanlegget som bygges av Consolidated Water, og det første i USA. Det vil gi $148 M i inntekter de første to årene, etterfulgt av stabile inntekter de neste 24 årene, totalt $204 M.

I tillegg til å drifte vannanlegg, er selskapet også produsent av vannbehandlingsutstyr gjennom AEREX. AEREX ble kjøpt opp i 2020 og har vært en av flere oppkjøp, som gir selskapet ytterligere skala og ekspertise i sin nisje (andre oppkjøp inkluderte Ramey Environmental Compliance ‑ REC, og PERC Water Corporation i California).

Selskapet har stabile inntekter fra vannproduksjon, og mer varierende inntekter fra de sporadiske store byggeprosjektene.

Kilde: Consolidated Water

Selskapet har bygget sin ekspertise innen avsalting og løsning av presserende vannbehov der ingen enkle løsninger eksisterte. Fremveksten av nye avsaltingsteknologier kombinert med økende vannmangel bør hjelpe Consolidated Water med å erobre nye markeder og øke sine inntekter i fremtiden. I tillegg vil en sterk balanse­sheet støtte strategiske oppkjøp og dekke kapital‑ og FoU‑kostnader for nye vannanleggsprosjekter.

Siste nyheter og utviklinger for American Water Works (AWK) aksjer

Studie referert

^{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}