Hållbarhet
Väte och färskvatten från havsvatten? En solenergilösning dyker upp
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Svar på efterfrågan på vatten och väte
Bland de mest efterfrågade resurserna i många delar av världen med växande befolkning är färskvatten. Detta är en växande oro och kan potentiellt vara en faktor för geopolitisk instabilitet, med exempelvis diskussionen om vem som får använda Nilen vattendragets vatten som nästan ledde till krig mellan Egypten och Etiopien.
Medan avsaltningsmetoder blir allt vanligare är de mycket energikrävande, och även massutplacering av solpaneler är ofta otillräcklig.
En annan sak vi behöver är mer förnybar energi i en form som kan lagras och användas som bränsle för tung utrustning och industri. I teorin skulle väte vara ett bra alternativ, men det har hittills misslyckats med att implementeras i stor skala på grund av för höga kostnader.
Här kan solenergi också hjälpa, men kostnaden för vätgasproduktion genom elektrolys har begränsat dess användning.
Det verkar som att båda problemen kan lösas samtidigt med en ny solenergidriven elektrolysteknologi som använder inte färskvatten utan havsvatten. Den producerar dessutom färskvatten som en biprodukt av sin vätgasproduktion.
Den uppfanns av forskare vid Johns Hopkins University, Michigan State University, Cornell University, Lehigh University och MIT, som publicerade sina resultat i tidskriften Energy & Environmental Science, under titeln “Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater”.
Gör havsvatten användbart
Havsvatten är kanske den mest rikliga resursen på jorden och täcker 70 % av planetens yta. Det är också lätt att nå för majoriteten av världens befolkning, eftersom mer än 40 % bor inom 100 km (62 miles) från närmaste kust, och mer än 50 % inom 200 km (124 miles).
Källa: StatsMapsNPix
“Det är därför vi kom på den här teknologin. Vi tänkte: ‘Okej, vad är den mest rikliga resursen på jorden?’ Sol och havsvatten är i princip oändliga resurser och dessutom gratis resurser.”
Tyvärr är havsvatten salt och olämpligt för både mänsklig konsumtion och bevattning av grödor. Detta är anledningen till att alternativa källor till färskvatten i torra regioner övervägs, såsom atmosfärisk vatteninsamling eller bättre behandling av avloppsvatten.
Ändå är avsaltning sannolikt den enda hållbara lösningen i stor skala för att förse många länder med rikligt vatten. Eftersom dessa länder ofta också ligger i soliga regioner är solenergidriven avsaltning, antingen genom jonmembran eller direkt avdunstning, en potentiell lösning. De fasta kostnaderna för dessa system gör dock vattenproduktionen ganska dyr.
“Vatten och energi är båda kritiskt nödvändiga för vår vardag, men vanligtvis, om du vill producera mer energi, måste du konsumera mer vatten.
Å andra sidan behöver vi dricksvatten, eftersom två tredjedelar av världens befolkning står inför vattenbrist.
Som en sidonotering är havsvatten också inte en lämplig källa för vätgasproduktion, som kräver ultrarent (destillerat) vatten.
Bättre utnyttjande av solljus
Hittills har ekonomin kring avsaltning stött på problemet att man måste bygga stora och dyra solinsamlingsanläggningar samtidigt som man försöker producera vatten så billigt som möjligt.
Vad forskarna i denna studie gjorde var att få dessa anläggningar att producera något mer värdefullt (väte) samtidigt som de också producerar vatten.
Som en regel kan fotovoltaiska installationer bara utnyttja en del av solenergin, eftersom 100 % effektivitet är omöjlig och vissa våglängder är för korta eller för långa för att panelernas kisel ska kunna använda dem.
Detta lämnar mycket solenergi bortkastad i fotovoltaiska anläggningar. Ännu värre, denna solenergi genererar värme, vilket ytterligare minskar panelernas effektivitet (de flesta konstruktioner fungerar bäst under 30 °C (86 °F)).
Gör allt på en gång
Eftersom dessa problem verkar omöjliga att lösa separat, åtminstone på ett ekonomiskt konkurrenskraftigt sätt, kan lösningen vara ett mer holistiskt tillvägagångssätt. Det var med detta koncept i åtanke som forskarna övervägde potentiella synergier om samma enhet samtidigt producerar el, väte och färskvatten, med endast sol och havsvatten.
Designen de konstruerade syftar till att lösa varje problem på en gång, genom att göra varje begränsning i en delprocess till lösning för ett annat problem:
- Väte- och färskvattenproduktion sker i samma enhet, för att dela kapitalkostnader och utnyttja hela solspektrumet.
- Vattnet kommer från havsvatten, vilket eliminerar resursbegränsningar för vätgasproduktion.
- Produktionen av ultrarent färskvatten absorberar värme, håller solpanelerna svala och ökar elproduktionen.
- Havsvatten kommer aldrig i kontakt med elektrokatalysatorn som producerar väte, vilket eliminerar problem med korrosion och oönskade kemiska reaktioner.
- Eftersom energin används direkt för vätgasproduktion i samma enhet, behövs inga batterier, uppgraderingar av elnätet osv.
Avancerad tillverkning
Även om det ser enkelt ut i konceptet är det en verklig ingenjörsutmaning att effektivt utföra alla dessa operationer samtidigt.
Avdunstaren och PEM-elektrolysen är separerade av ett luftgap, vilket undviker direkt kontakt mellan havsvatten och elektrokatalysatorer.
Några andra funktioner lades till för att förbättra designen:
- Användning av en kapillär veke som fångar vattnet i en tunn film i direkt kontakt med solpanelen för att låta den kylas genom avdunstning.
- Utnyttja den termiska effekten för att öka ångtrycket, vilket är nödvändigt för högre produktionshastigheter av destillerat vatten och effektiv vätgasgenerering.
- Använda den energi som frigörs vid fasövergången från ånga till vätska för att förbättra vätgasproduktions effektiviteten.
- Användning av ensidig havsvattenflöde för att undvika saltansamling, ett bestående problem för alla avsaltningssystem.
I slutet av processen kan något saltare havsvatten återföras till havet, och destillerat vatten som inte har omvandlats till väte kan användas som rent dricksvatten.
“Designen var utmanande eftersom det finns mycket komplex koppling: avsaltning kopplad till elektrolys, elektrolys kopplad till solpanelen, och solpanelen kopplad till avsaltning genom sol, elektrisk, kemisk och termisk energiomvandling och transport.”
Testa prototypen
När de testade sin hybridsolavdunstnings‑vatten‑elektrolysenhet (HSD‑WE) fann forskarna att den lilla 10 cm x 10 cm cellen kunde producera 200 milliliter väte per timme, med 12,6 % energieffektivitet, direkt från havsvatten under naturligt solljus.
Källa: Cornell University
Testet utfördes utomhus med riktigt havsvatten och realistiska väderförhållanden, särskilt med molnigt väder som minskade vätgasproduktionen vid en viss tid på dagen.
Ekonomisk bärkraft
Forskarna beräknade hur mycket väte som skulle produceras av deras prototyp på olika platser. Jämfört med det nuvarande genomsnittet på $10/kg för grön väte är det tydligt att den blir mycket mer effektiv efter det första året av drift, sjunker till $5/kg efter tre år och $1/kg efter 15 år.
Detta beror på att traditionella kostnader för grön väte snabbt når en platå, begränsade av energi- och kapitalkostnader.
Jämfört med den klassiska elektrolysen är HSD‑WE mestadels passiv och får sin energi direkt från solen, utan extra kapitalkostnader för anslutning, vattentransport, lagring osv.
“Vi vill undvika koldioxidutsläpp, undvika föroreningar. Samtidigt bryr vi oss om kostnaden, för ju lägre kostnad vi har, desto högre marknadspotential för storskalig adoption. Vi tror att det finns en enorm potential för framtida installationer.”
Företag Löser Vattenbrist
XYL Prisdiagram
Tillsammans med den europeiska Veolia är Xylem en global ledare inom vattenrening, avloppsbehandling och avsaltning. Företaget har över 23 000 anställda (varav över 6 000 ingenjörer) och är verksamt i 150 länder, med fokus på USA, med över 35 000 direkta industrikunder.
Dess huvudmarknad är kommunalt dricksvatten och avloppsvatten, men de erbjuder också dedikerade lösningar till andra sektorer som sjukvård, energi, livsmedel och drycker, olja och gas, mikroelektronik osv.
Källa: Xylem
Xylem kan leverera de kritiska patenterade utrustningsdelarna för att rena eller producera vatten, såsom ozongeneratorer, UV-lampor, avsaltningsmembran, ultrarena vattengeneratorer osv. Men de erbjuder också ”enklare” utrustning som är lika viktig för vattenrelaterade operationer, såsom turbiner, pumpar, rörledningar, injektion, mjukvara osv., samt underhålls-, reparations- och installationsservice.
Källa: Xylem
Vattenmarknaden är fortfarande mycket fragmenterad, där Xylem är ett av de största företagen i sektorn men ändå bara har en marknadsandel på “endast” 10 % av sin adresserbara marknad på 80 miljarder dollar.
Företaget lägger omkring 4 % av sin försäljning på FoU. Det bör gynnas av nya regleringar kring PFAS (Per- och polyfluoroalkylsubstanser, eller evighetskemikalier), med över 6 000 anläggningar som behöver sådan PFAS-behandling.
Sammanfattningsvis gör detta företagets investeringsprofil mindre lik en industriell (ofta cyklisk) och mer lik en verkställande bolag som växer i takt med den övergripande ekonomin eller något snabbare, som de flesta av dess konsumenter.
Senaste om Xylem Inc.
Studier som refereras:
1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawwater”. Energy Environ. Sci., 2025, Advance Article. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E
