Bærekraft
Ultralydteknologi gir ny kraft til atmosfærisk vanninnhøsting
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
TL;DR
MITs ultralyd‑enhet kan trekke vann fra fuktig luft opptil 45 ganger mer effektivt enn varmesystemer, og kutte sykluser fra timer til minutter. Hvis den skaleres med fornybar energi, kan den muliggjøre praktisk off‑grid renvannsgenerering i tørre og avsidesliggende områder.
Rent vann fra tynn luft: Grunnleggende om atmosfærisk vanninnhøsting
I mange deler av verden er ferskvann en knapp og kostbar ressurs. Avsalting kan være én løsning, men metoden er fortsatt svært energikrevende, selv om nyere fremskritt innen solteknologi har brakt den nærmere praktisk bruk.
Avsalting av sjøvann er heller ikke et alternativ for mange tørre innlandsområder, blant annet Sentral-Asia, Mongolia, fjellområdene i Chile og det meste av Sahara.
Et annet alternativ er å hente ut vannet som finnes i luften. Mange ørkener har faktisk ganske høy luftfuktighet, men klimaforholdene hindrer dannelsen av regn og skyer.
Dette er løftet ved atmosfærisk vanninnhøsting. Vi har tidligere skrevet om hvordan passiv kjøling kombinert med et silisiumbelegg kan øke effektiviteten ved gravitasjonsbasert vanninnhøsting og hvordan nye adsorpsjonspolymerer også kan hjelpe.
Forskere undersøker nå ytterligere forbedringer innen innhøsting av luftfuktighet, noe som bringer oss nærmere science fiction-løsningen «windtrap» fra Dune-universet.
Et forskerteam ved MIT har i samarbeid med det tyske selskapet SmarAct Metrology GmbH & Co. KG brukt ultralyd til å øke effektiviteten ved adsorpsjon av atmosfærisk vann. Resultatene ble publisert i Nature Communications1 med tittelen «Høyeffektiv atmosfærisk vanninnhøsting muliggjort av ultralydutvinning».
Atmosfærisk vannadsorpsjon forklart
En metode for å høste vann fra luften er å bruke en polymer som «adsorberer» vann.
Adsorpsjon er evnen faste stoffer, kalt sorbenter, har til å trekke til seg molekyler fra gasser eller løsninger som kommer i kontakt med overflaten. Her gjelder det vanndamp og vanndråper i luften.
I hverdagen kjenner vi adsorberende materialer som silikagel i emballasje. Prosessen er forholdsvis effektiv og kan samle opp mye fuktighet fra omgivelsene.
Utfordringen er å få polymeren til å frigjøre vannet. Vanligvis kreves rundt 100 °C for å desorbere slike polymerer, noe som gjør prosessen svært lite energieffektiv og kostbar.
«Et materiale som er svært godt til å fange vann, vil ikke gi slipp på det. Derfor må man bruke mye energi og verdifulle timer på å trekke vannet ut av materialet.»
Selv med nyere polymerer og lavere temperatur er varmebasert frigjøring av vann en langsom prosess som tar titalls minutter eller timer. De fleste adsorpsjonssystemer må derfor samle vann om natten og frigjøre det om dagen ved hjelp av solvarme.
Ultralyd kan derimot redusere innhøstingstiden til bare noen minutter og gjøre det mulig å frigjøre vann etter behov.
Ultralydens potensial
Ultralyd eller ultralydbølger er akustiske trykkbølger med frekvenser over 20 kilohertz (20 000 svingninger per sekund). De brukes i økende grad i avanserte anvendelser som bioprinting og strømforsyning av medisinsk utstyr på avstand.
Ultralyd ser ut til å vibrere med akkurat riktig frekvens til å skille vannmolekylene fra materialet som har adsorbert dem.
Kilde: Nature Communications
Forskerne utviklet en flat keramisk ring av blyzirkonattitanat (PZT) som vibrerer når den tilføres spenning.
«Det er som om vannet danser med bølgene. Den målrettede forstyrrelsen skaper bevegelse som frigjør vannmolekylene, og vi kan se dem ristes ut som dråper.»
For å adsorbere vannet brukte forskerne flere typer PAM-LiCl-AWH-hydrogeler med ulik elastisitet. Alle inneholdt litium- og kloridioner som fanget vann fra luften.
Kilde: Nature Communications
I testene klarte enheten å riste ut nok vann til å tørke hver prøve på bare noen minutter.
Undersøkelser av hydrogelene med elektronmikroskop viste også at ultralyden ikke skadet gelen. Enheten ser dermed ut til å være robust nok for praktisk bruk.
Kilde: Nature Communications
Massiv effektivitetforbedring
Fordi varmebasert frigjøring av vann hittil bare kunne gjennomføres én gang i døgnet, var prosessen svært ineffektiv. Selv den mest avanserte enheten hadde en virkningsgrad på bare 9,5 %.
MIT-systemet kan derimot produsere vann gjentatte ganger gjennom dagen. Virkningsgraden kan nå 428 %, en økning på opptil 45 ganger.
«Det avgjørende er hvor mye vann man kan hente ut per dag. Med ultralyd kan vi gjenvinne vann raskt og kjøre syklusen om og om igjen. Det kan bli store mengder i løpet av et døgn.»
Selv om enheten taper litt energi som varme gjennom Joule-effekten, er den fortsatt langt mer effektiv enn andre metoder for vanninnhøsting som er utviklet til nå.
Sveip for å rulle →
| Metode | Energikilde | Syklushastighet | Effektivitet (%) |
|---|---|---|---|
| Tradisjonell varmedrevet AWH | Solvarme | Timer per syklus | ~9.5% |
| MIT ultrasonisk ekstraksjon | Elektrisk (sol/vind) | 2 minutter per syklus | ~428% |
«Mennesker har lenge lett etter måter å hente vann fra atmosfæren på. Dette kan bli en viktig vannkilde, særlig i ørkenområder og steder der det ikke engang finnes saltvann å avsalte.
Nå har vi en måte å gjenvinne vann raskt og effektivt på.»
Reell implementering i tørre og avsidesliggende regioner
I første omgang vil den beste anvendelsen trolig være i avsidesliggende ørkenområder med begrenset tilgang til både energi- og ferskvannsinfrastruktur.
I motsetning til varmebasert adsorpsjon trenger enheten elektrisk strøm for å lage ultralyd. Det vil derfor være nødvendig med desentralisert energiproduksjon, for eksempel:
- Solcellepaneler, som i MITs forsøk.
- Vindkraft, som også kan fungere om natten når luftfuktigheten er høyere, slik at flere tominutters sykluser kan gjennomføres per time.
- Fornybar energiproduksjon kombinert med batterisystemer for drift døgnet rundt.
Da forskerne undersøkte den ideelle syklusfrekvensen, fant de at den beste rytmen var én time med vannadsorpsjon, to minutter med ultralydutvinning og deretter gjentakelse av syklusen.
Enda viktigere var at energibehovet ved ultralydutvinning holdt seg konstant, i stedet for å avta gradvis slik det gjør med varmebaserte metoder.
Kilde: Nature Communications
Fremtidige forbedringer i atmosfærisk vanninnhøsting
Neste generasjons sorbentmaterialer
Metoden brukte litiumhydrogeler, men det finnes mange andre sorbentmaterialer: andre hydrogeler, metallorganiske rammeverk, matter av mikro- og nanofibre og kombinasjoner av disse materialene.
Hvert materiale må vurderes og konstrueres på nytt for å passe best mulig til den alternative utvinningsmetoden.
Motstanden mot nedbrytning må også undersøkes for disse andre sorbentene.
Forbedring av ultralydens effektivitet
NASA har testet PZT-aktuatorer i opptil 100 milliarder sykluser over 580 dager uten målbar skade eller vesentlig ytelsesnedgang. Den ultralydproduserende delen av enheten forventes derfor å være svært slitesterk.
Konstruksjonen i dette forsøket omdanner imidlertid elektrisitet til ultralyd relativt ineffektivt, med en virkningsgrad på bare 17–19 %.
En piezoelektrisk transdusergruppe av 1-3-kompositt kan i stedet for én ringformet aktuator oppnå en virkningsgrad på opptil 35 %.
En større PZT-basert ultralydenhet kan også bli langt mer effektiv enn den lille forsøksenheten som ble testet. Ved kalibrering og forbedring av PZT-materialet kan en samlet effektivitet på 1 000 % eller mer derfor være innen rekkevidde.
Mot vann‑genererende tårn?
En annen viktig fordel er at ultralydutvinning ikke krever at sorbentoverflaten eksponeres for sollys. Enhetene kan dermed stables vertikalt uten noen prinsipiell grense for antall rader.
I stedet for et stort område som samler sollys, kan mer sentraliserte anlegg bygges som høye tårn der vann strømmer fra hver stablede enhet.
Selskaper som løser vannmangel
XYL Prisdiagram
Sammen med franske Veolia er Xylem en global leder innen vannrensing, avløpsbehandling og avsalting. Selskapet har over 23 000 ansatte, hvorav mer enn 6 000 er ingeniører, og virksomhet i 150 land. Tyngdepunktet er i USA, der selskapet har over 35 000 direkte industrikunder.
Det viktigste markedet er kommunalt drikkevann og avløpsvann, men selskapet leverer også spesialiserte vannløsninger til blant annet helsevesen, kraftproduksjon, mat og drikke, olje og gass samt mikroelektronikk.
Kilde: Xylem
Xylem leverer kritisk patentert utstyr for å rense eller produsere vann, blant annet ozongeneratorer, UV-lamper, avsaltingsmembraner og generatorer for ultrarent vann.
Selskapet leverer også enklere, men like nødvendig utstyr som turbiner, pumper, rør, doseringsutstyr og programvare, i tillegg til vedlikehold, reparasjon og installasjon. Dermed fungerer det som en totalleverandør for de fleste vannrelaterte bruksområder.
Kilde: Xylem
Vannmarkedet er fortsatt svært fragmentert. Xylem er et av de største selskapene i sektoren, men har likevel «bare» rundt 10 % av sitt betjente adresserbare marked på 80 milliarder dollar.
Selskapet bruker rundt 4 % av omsetningen på forskning og utvikling. Det ventes å dra nytte av nye regler for PFAS (per- og polyfluorerte alkylstoffer, også kalt evighetskjemikalier), ettersom over 6 000 vannverk trenger slik behandling.
Xylem har vokst jevnt. Nettoresultatet økte fra 297 millioner dollar i 2012 til 609 millioner dollar i 2023, samtidig som EBITDA-marginen holdt seg stabil på 17–19 %.
Samlet sett ligner investeringsprofilen mindre på et industriselskap, som ofte er konjunkturfølsomt, og mer på et forsyningsselskap som vokser i takt med eller litt raskere enn økonomien, slik mange av kundene gjør.
Siste Xylem (XYL) aksjenyheter og utviklinger
Studie referert
1. Shuvo, I.I., Díaz-Marín, C.D., Christen, M. et al. Høyeffektiv atmosfærisk vanninnhøsting muliggjort av ultralydutvinning. Nature Communications 16, 9947 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65586-2
