Pagpapanatili

Hydrogen at Malinis na Tubig Mula sa Tubig-dagat? Isang Solusyong Solar ang Lumilitaw

mm
Na-publish
Na-update
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Pagsisiwalat: Maaaring tumanggap ang Securities.io ng kabayaran kapag gumamit ka ng mga link sa produktong sinuri namin. Hindi nito naaapektuhan ang aming editoryal na pagsusuri. Hindi kami rehistradong tagapayo sa pamumuhunan; hindi ito payo sa pamumuhunan. Basahin ang aming pagsisiwalat sa affiliate.

Pagtugon sa Pangangailangan ng Tubig at Hydrogen

Isa sa mga pinaka‑kailangang mapagkukunan sa maraming rehiyon ng mundo na may lumalaking populasyon ay ang tubig‑tabang. Ito ay isang lumalawak na alalahanin, at maaaring maging salik ng geopolitikal na hindi pagkakatugma, halimbawa, ang talakayan kung sino ang dapat gumamit ng tubig ng Ilog Nile halos nagdala sa Ehipto at Ethiopia sa digmaan.

Habang nagiging mas karaniwan ang mga pamamaraan ng desalination, ito ay napaka‑enerhiya‑intensibo, at kahit na ang malawakang paglalagay ng mga solar panel ay kadalasang hindi sapat.

Isa pang bagay na kailangan natin ay mas maraming renewable energy sa anyong maaaring itago at magamit bilang panggatong para sa mabibigat na kagamitan at industriya. Sa teorya, ang hydrogen ay magandang opsyon, ngunit hanggang ngayon ay nabigo itong mailunsad sa malakihang sukat dahil sa napakataas na gastos.

Dito rin, makakatulong ang solar power, ngunit ang gastos ng produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng electrolysis ay naglilimita sa paggamit nito.

Mukhang parehong problema ay maaaring harapin nang sabay sa pamamagitan ng bagong teknolohiyang solar‑powered electrolysis, na gumagamit hindi ng sariwang tubig, kundi ng tubig‑dagat. Ito pa nga ay gumagawa ng sariwang tubig bilang by‑product ng paglikha ng hydrogen.

Nabuo ito ng mga mananaliksik mula sa Johns Hopkins University, Michigan State University, Cornell University, Lehigh University, at MIT, na naglathala ng kanilang mga resulta sa journal Energy & Environmental Science, sa pamagat na “Mahigit 12% na kahusayan ng solar‑powered na berdeng produksyon ng hydrogen mula sa tubig‑dagat”.

Pagpapakinabangan ang Tubig‑dagat

Ang tubig‑dagat marahil ang pinaka‑abundant na mapagkukunan sa Daigdig, sumasaklaw ng 70% ng ibabaw ng planeta. Madali rin itong ma‑access para sa karamihan ng populasyon ng mundo, dahil higit sa 40% ay nakatira sa loob ng 100 km (62 milya) mula sa pinakamalapit na baybayin, at higit sa 50% sa loob ng 200 km (124 milya).

Pinagmulan: StatsMapsNPix

“Kaya naman namin naisip ang teknolohiyang ito. Naisip namin, ‘OK, ano ang pinaka‑abundant na mapagkukunan sa Earth?’ Ang solar at tubig‑dagat ay halos walang katapusan at libre rin na mga mapagkukunan.”

Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Sa kasamaang palad, maalat ang tubig‑dagat at hindi angkop para sa konsumpsyon ng tao o irigasyon ng pananim. Ito ang dahilan kung bakit isinasalang-alang ang mga alternatibong suplay ng sariwang tubig sa mga tuyong rehiyon, tulad ng atmospheric water harvesting o mas mahusay na paggamot ng wastewater.

Gayunpaman, ang desalination ay marahil ang tanging matibay na solusyon sa malakihang sukat para mag‑supply ng saganang tubig sa maraming bansa. Dahil ang mga bansang ito ay madalas nasa maaraw na rehiyon, ang solar‑powered desalination, alinman sa sa pamamagitan ng ion membranes o direktang pag‑evaporate, ay potensyal na solusyon. Ang mga fixed cost ng mga sistemang ito, gayunpaman, ay nagpapamahal sa produksyon ng tubig.

“Pareho ang pangangailangan ng tubig at enerhiya para sa ating pang‑araw‑araw na buhay, ngunit karaniwan, kung nais mong gumawa ng mas maraming enerhiya, kailangan mong gumamit ng mas maraming tubig.

Sa kabilang banda, kailangan natin ng inuming tubig, dahil dalawang‑ikatlong bahagi ng pandaigdigang populasyon ay humaharap sa kakulangan sa tubig.

Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Bilang karagdagang tala, ang tubig‑dagat ay hindi rin angkop na pinagmumulan ng materyal para sa paglikha ng hydrogen, na nangangailangan ng ultra‑pure (distilled) na tubig.

Mas Mahusay na Paggamit ng Liwanag ng Araw

Sa ngayon, ang ekonomiks ng desalination ay nahaharap sa problema na kailangan mong magtayo ng malalaking at magastos na pasilidad para sa pag‑kolekta ng solar habang sinusubukang gumawa ng tubig nang pinakamurang paraan.

Ang ginawa ng mga mananaliksik ng pag-aaral na ito ay gawing mas mahalagang produkto (hydrogen) ang mga pasilidad na ito habang gumagawa rin ng tubig nang sabay.

Bilang patakaran, ang mga photovoltaic installation ay maaaring gamitin lamang ang bahagi ng solar output, dahil imposibleng makamit ang 100% na kahusayan, at ang ilang wavelength ay masyadong maikli o masyadong mahaba upang magamit ng silicon ng mga panel.

Nag‑iiwan ito ng maraming solar energy na nasasayang sa mga photovoltaic facility. Masama pa, ang solar energy na ito ay nag‑generate ng init, na lalo pang nagpapababa ng kahusayan ng mga solar panel (karamihan sa mga disenyo ay pinakamahusay na gumagana sa ibaba ng 30 °C (86 °F)).

Pagsasagawa ng Lahat nang Sabay

Dahil tila imposibleng lutasin nang hiwalay ang mga problemang ito, kahit sa paraang kompetitibo sa ekonomiya, marahil ang solusyon ay isang mas holistic na lapit. Sa konseptong ito, isinasaalang‑alang ng mga mananaliksik ang posibleng sinergiya kung ang parehong aparato ay sabay na gumagawa ng kuryente, hydrogen, at sariwang tubig, gamit lamang ang araw at tubig‑dagat.

Ang disenyo na kanilang binuo ay naglalayong lutasin ang bawat problema nang sabay, sa pamamagitan ng paggawa ng limitasyon ng isang sub‑process bilang solusyon para sa ibang problema:

  • Ang produksyon ng hydrogen at sariwang tubig ay ginagawa sa parehong aparato, upang pag‑bahaginan ang kapital na gastos at magamit ang buong solar spectrum.
  • Ang tubig ay nagmumula sa tubig‑dagat, na nagtatanggal ng limitasyon sa mapagkukunan para sa produksyon ng hydrogen.
  • Ang paggawa ng ultra‑pure na sariwang tubig ay sumisipsip ng init, pinapalamig ang mga solar panel at pinapataas ang produksyon ng kuryente.
  • Hindi kailanman nakikipag‑contact ang tubig‑dagat sa electrocatalyst na gumagawa ng hydrogen, kaya inaalis ang mga problema ng corrosion at hindi gustong kemikal na reaksyon.
  • Dahil ang kuryente ay direktang ginagamit para sa paggawa ng hydrogen sa parehong aparato, hindi na kailangan ng mga baterya, pag‑upgrade sa power grid, atbp.

Advanced Manufacturing

Bagaman mukhang simple sa konsepto, ang pamamahala upang epektibong maisakatuparan ang lahat ng operasyong ito nang sabay ay isang tunay na hamon sa engineering.

Ang evaporator at PEM electrolyzer ay pinaghiwalay ng isang air gap, na nag‑iwas sa direktang contact sa pagitan ng tubig‑dagat at mga electrocatalyst.

Ilang karagdagang tampok ang idinagdag upang mapabuti ang disenyo:

  • Paggamit ng capillary wick na humuhuli sa tubig sa manipis na pelikula na direktang nakadikit sa solar panel upang mapalamig ito sa pamamagitan ng pag‑evaporate.
  • Pagsamantala sa thermal effect upang taasan ang vapor pressure, isang kinakailangan para sa mas mataas na rate ng produksyon ng distilled water at epektibong paggawa ng hydrogen.
  • Paggamit ng enerhiya na inilalabas ng phase change mula vapor tungong liquid upang mapabuti ang kahusayan ng produksyon ng hydrogen.
  • Paggamit ng unilateral na daloy ng tubig‑dagat upang maiwasan ang pag‑ipon ng asin, isang permanenteng isyu sa lahat ng sistemang desalination.

Sa dulo ng proseso, ang bahagyang mas maalat na tubig‑dagat ay maaaring ibalik sa dagat, at ang distilled water na hindi napunta sa hydrogen ay maaaring magamit bilang malinis na inuming tubig.

“Mahirap ang disenyo dahil napakaraming kumplikadong coupling: desalination na pinagsama sa electrolysis, electrolysis na pinagsama sa solar panel, at ang solar panel na pinagsama sa desalination sa pamamagitan ng solar, electrical, chemical, at thermal na pag‑convert at transport ng enerhiya.”

Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Pagsusubok sa Prototype

Sa pagsubok ng kanilang hybrid solar distillation‑water electrolysis (HSD‑WE) device, natuklasan ng mga mananaliksik na ang maliit na selulang 10 cm x 10 cm ay maaaring mag‑produce ng 200 milliliters ng hydrogen kada oras, na may 12.6% na energy efficiency, direkta mula sa tubig‑dagat sa ilalim ng natural na sikat ng araw.

Pinagmulan: Cornell University

Ang pagsubok ay isinagawa sa labas, gamit ang totoong tubig‑dagat at realistic na kondisyon ng panahon, partikular na may maulap na panahon na nagbawas ng output ng hydrogen sa isang bahagi ng araw.

Katatagan sa Ekonomiya

Kinuwenta ng mga mananaliksik kung gaano karaming hydrogen ang maipoprodyus ng kanilang prototype sa iba’t ibang lokasyon. Kung ihahambing sa kasalukuyang average na $10/kg para sa green hydrogen, malinaw na ito ay mas epektibo pagkatapos ng unang taon ng operasyon, bumababa sa $5/kg sa tatlong‑taong operasyon at $1/kg sa 15‑taong operasyon.

Ito ay dahil ang tradisyonal na gastos ng green hydrogen ay mabilis na nag‑plateau, limitado ng enerhiya at kapital na gastos.

Kung ihahambing sa klasikong electrolyzer, ang HSD‑WE ay halos pasibo at kumukuha ng enerhiya direkta mula sa araw, nang walang karagdagang kapital na gastos para sa koneksyon, transport ng tubig, imbakan, atbp.

“Nais naming iwasan ang carbon emission, iwasan ang polusyon. Kasabay nito, pinahahalagahan din namin ang gastos, dahil kung mas mababa ang gastos, mas mataas ang potensyal ng merkado para sa malakihang pag‑adopt. Naniniwala kami na may napakalaking potensyal para sa mga susunod na instalasyon.”

Lenan Zhang – Assistant professor at Cornell Engineering

Kumpanya Naglutas ng Kakulangan sa Tubig

XYL Tsart ng Presyo

Sama ng European Veolia, ang Xylem ay isang pandaigdigang lider sa water purification, wastewater treatment, at desalination. Mayroon itong mahigit 23,000 na empleyado (kabilang ang mahigit 6,000 na inhinyero) at nagpapatakbo sa 150 bansa, na nakatuon sa USA, na may mahigit 35,000 na direktang industrial na kustomer.

Ang pangunahing merkado nito ay municipal drinking at wastewater, ngunit nagbibigay din ito ng dedikadong solusyon sa ibang sektor tulad ng healthcare, power, food & beverages, oil & gas, microelectronics, atbp.

Pinagmulan: Xylem

Maaaring mag‑provide ang Xylem ng mga kritikal na patented na kagamitan upang linisin o gumawa ng tubig tulad ng ozone generators, UV lamps, desalination membranes, ultra‑pure water generators, atbp. Ngunit nagbibigay din ito ng “mas simpleng” kagamitan na pantay na kritikal sa mga operasyon na may kinalaman sa tubig tulad ng turbines, pumps, piping, injection, software, atbp., pati na rin ng maintenance, repair, at installation services.

Pinagmulan: Xylem

Ang water market ay nananatiling napakafragmented, kung saan ang Xylem ay isa sa pinakamalalaking kumpanya sa sektor ngunit hawak lamang ng “10%” na market share mula sa $80 B na addressable market nito.

Ang kumpanya ay gumagastos ng humigit‑kumulang 4% ng benta nito sa R&D. Makikinabang ito mula sa mga bagong regulasyon hinggil sa PFAS (Per- and polyfluoroalkyl substances, or forever chemicals), kung saan higit sa 6,000 na utility facilities ang nangangailangan ng ganitong PFAS treatment.

Sa pangkalahatan, ginagawa nitong mas kaunti ang profile ng pamumuhunan ng kumpanya na kahalintulad ng isang industrial na kumpanya (madalas cyclical) at mas kahalintulad ng isang utility company na lumalago kasabay ng kabuuang ekonomiya o bahagyang mas mataas kaysa sa rate na iyon, tulad ng karamihan sa mga konsumer nito.

Pinakabagong Balita sa Xylem Inc.

Mga Pag-aaral na Binanggit:

  1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Mahigit 12% na kahusayan ng solar‑powered na berdeng produksyon ng hydrogen mula sa tubig‑dagat”. Energy Environ. Sci., 2025, Advance Article. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E

mm

Si Jonathan ay dating mananaliksik na biochemist na nagtrabaho sa pagsusuri ng henetika at mga klinikal na pagsubok. Siya ngayon ay isang stock analyst at manunulat sa pananalapi na nakatuon sa inobasyon, mga siklo ng merkado, at heopolitika sa kanyang publikasyon 'The Eurasian Century'.