Med hjälp av bakteriesporer som sväller och drar ihop sig beroende på luftfuktighet kan man utvinna förnybar el ur avdunstningen från sjöar och vattendrag.

Avdunstning sker naturligt från alla sjöar och vattendrag, med solen som ursprunglig drivkraft. Till skillnad från förångning är det en passiv process, som innebär att enskilda molekyler med högre energi än genomsnittet övergår till gasform från flytande form och lämnar vattenytan.

”Vi har teknologi för att utvinna energi ur vind, vattenrörelser och solstrålning, men avdunstning är lika kraftfullt. Nu kan vi göra en uppskattning av potentialen. Avdunstning är en stor kraftkälla i naturen, men en som vi har förbisett eftersom vi inte haft någon klar bild av hur vi ska utnyttja den”, säger Ozgur Sahin, biofysiker vid Columbia University.

Avdunstningsdrivna motorer

En variant av dunstmaskinerna, där cykler av uttorkning och återfuktning får ett hjul att rotera.

Under 2015 lyckades forskare bygga små prototypmotorer drivna av avdunstning från en vattenyta. Motorerna baserades på sporer från stavbakterien Bacillus subtilis, som reagerar mekaniskt på ändringar i luftfuktighet. När sporerna torkar drar de ihop sig, när de absorberar fukt expanderar de – och i motorn driver förändringarna en rörelse som genererar elektricitet via en generator. Subtilis-endosporerna kan ligga i vilotillstånd i hundratals år. Tack vare att de är så rigida blir energifrisättningen från formförändringarna praktiskt användbar.

Maskinen vilar på den dunstande vattenytan, med sporerna fästa på tunna plastremsor som samordnar dem till en rörelse likt ett skovelhjuls. Fuktigheten som sporerna utsätts för styrs med en slutarmekanism, som slås av och på av deras cykliska arbete. När slutaren öppnas avgår fukten till luften, och sporerna torkar ut. När den sluts ökar luftfuktigheten igen, sporerna sväller och sträcks ut, och sätter igång nästa cykel.

Djärva antaganden ger stor potential

De första motorerna gav alldeles för låg effekt för att ha någon direkt praktisk tillämpning, men med olika förbättringar av material, teknik och skalbarhet såg forskarna potential att göra dem mångfaldigt effektivare. Hösten 2017 presenterades en studie där man försökte kvantifiera hur stor potential tekniken skulle kunna ha. Som räkneexempel studerade man hur stor effekt man skulle få om tekniken användes på alla sjöar och vattendrag i USA större än 0.1 kvadratkilometer, utom de stora sjöarna. Resultatet blev en årlig kapacitet på 325 GW – mer än det nuvarande bidraget från kolkraft i USA:s energimix.

En sådan massiv utbyggnad är förstås orealistisk i praktiken, och målet med studien är att understryka värdet av fortsatt vidareutveckling. På sikt kan tekniken ändå komma att spela en roll för den förnybara energiproduktionen.

Avbrottsfritt komplement till vattenkraft

Muskelliknande plastband med sporer i en teknikprototyp från University of Columbia. Banden kan genomgå miljontals sammandragningar, till en fjärdedel av sin utsträckta längd, utan att brista. Foto: Xi Chen.

En idé som föreslagits är att konstruera en sorts batterier i form av block av sporer som kan aktiveras vid behov genom att placeras i vatten. Första steget är sannolikt mer eller mindre snäva nischtillämpningar – till exempel inom processindustri. På kraftverksdammar skulle den dels kunna ge ett extra tillskott till vattenkraftsproduktionen – och samtidigt minska avdunstningen från reservoaren. Metoden gör nämligen att nettoavdunstningen minskar från vattenytan – i vissa fall halveras – vilket kan vara till nytta för att spara vatten till kraftutvinning, bevattning och andra syften.

Outsider med vissa fördelar

Man kan förstås lika väl tänka sig att lägga ut flytande solpaneler på till exempel en kraftverksdamm, så att tekniken lyckas visa sig konkurrenskraftig är långt ifrån givet – men den har vissa unika fördelar, som att den baseras på billiga biomaterial och att den kan spara vatten. Till sist är avdunstning en kontinuerlig process, och dunstkraften lider alltså inte av sol- och vindkraftens nyckfulla och ojämna produktion.

Tekniken är i sin linda och effekttätheten per ytenhet är alltjämt låg. Ställt mot till exempel den långt mer etablerade solkraften kan nyttan tyckas tveksam. Å andra sidan, för att finna vägen till en helt förnybar energiproduktion gör vi klokt i att utforska många olika idéer och uppslag och låta dem tävla mot varandra förutsättningslöst. Kanske kan dunstkraftteknikens egenheter ge den en egen nisch? Trots allt består jordytan till 70 procent av ständigt dunstande vatten.

Artikeln publicerades i januari 2018.