Desalinasi: Meringankan beban haus

Sejak tahun 1900-an dan seterusnya, sekitar 11 juta orang tewas akibat meluasnya dampak kekeringan. Kekeringan – periode curah hujan yang lebih rendah dari rata-rata di suatu wilayah – adalah masalah global yang berkembang. Konsekuensinya meliputi penurunan kadar air tawar, kelaparan, dan penyakit.

Signifikansi desalinasi dalam skala global

Untuk mempertahankan populasi yang terus bertambah, penelitian diarahkan untuk mengembangkan solusi untuk masalah ini. Pengeboran air tanah dan daur ulang air limbah adalah contoh solusi sementara. Di antara solusi ini adalah desalinasi. Desalinasi adalah proses memaksa air asin melalui membran dengan reverse osmosis, memisahkan air tawar dari kotoran. Meskipun digunakan di tempat-tempat seperti Israel dan California, desalinasi belum dimanfaatkan oleh seluruh dunia karena reputasinya untuk konsumsi energi yang besar.

Pendekatan untuk mengurangi biaya adalah dengan mengganti bahan utama yang digunakan dalam pembuatan membran dengan bahan yang relatif murah yang disebut poliamida. Sayangnya, substitusi ini datang dengan harga lain. Diketahui bahwa klorin adalah bahan kimia yang ada dalam pemurnian air untuk menghancurkan bakteri, tetapi kontak dengan poliamida merusak membran. Untuk menghindari degenerasi, ekstraksi klorin menjadi langkah tambahan dalam proses desalinasi. Namun, ketika klorin tidak ada, mikroba dapat terjadi dan menghalangi aliran air.

Solusi yang mungkin adalah mengganti poliamida dengan graphene oxide. Senyawa graphene memiliki struktur yang mirip dengan sarang lebah. Diperkirakan bahwa bahan ini akan lebih permeabel terhadap air dan oleh karena itu mengurangi tekanan yang diperlukan untuk mendikte aliran air.

Ilmuwan material MIT, Jeff Grossman, Shreya Dave, dan rekan, memanfaatkan senyawa ini dalam penelitian mereka. Serpihan graphene, yang dilucuti dari potongan grafit, ditempatkan di air. Cairan kemudian disedot keluar melalui penyaringan vakum, meninggalkan lembaran sebagai sisa-sisa. Residu disatukan untuk membuat potongan dengan mengikat atom karbon dan oksigen. Fusi ini diubah untuk membuat ruang antara serpihan cukup besar untuk memungkinkan aliran molekul air sambil menghalangi garam dan kotoran lainnya. Terbukti bahwa molekul air bergerak lebih mudah melalui membran grafit daripada poliamida. Hal ini juga disimpulkan bahwa bahan ini lebih lanjut dapat mengurangi kebutuhan energi karena kurang tahan terhadap molekul air, meskipun hipotesis ini belum diuji. Selain itu, biaya oksida graphene tidak jauh berbeda dari harga poliamida.

Penerapan desalinasi di Israel

Beberapa tahun yang lalu, Israel ditemukan menghadapi masalah kekeringan parah – yang terburuk dalam 900 tahun. Untuk memerangi tanah yang lebih kering, Israel menjajaki kampanye nasional untuk memastikan konservasi air. Pada tahun 2007, toilet dan pancuran aliran rendah mulai digunakan, dan air dari sistem drainase didaur ulang untuk irigasi. Namun, peningkatan terbesar datang setelah menerapkan pabrik desalinasi. Sebagai contoh, pabrik desalinasi Sorek mulai beroperasi pada Oktober 2013. Terletak sepuluh mil di selatan Tel Aviv dan merupakan fasilitas desalinasi reverse-osmosis terbesar di dunia.

Mengikuti aliran air bertekanan, masalah umum dalam proses desalinasi adalah biaya pembersihan pori-pori yang tersumbat dari molekul yang tertinggal. Edo Bar-Zeev dan rekan-rekannya, dari Institut Penelitian Air Zuckerberg di Israel, memiliki penemuan luar biasa untuk meningkatkan pemisahan antara air dan kontaminan. Mereka menggunakan batu lava berpori yang mencegah mikroorganisme untuk bersentuhan dengan membran. Teknologi ini meningkatkan kinerja pabrik desalinasi. Sekarang, 55 persen air domestik menelusuri sumbernya dari pabrik desalinasi.

Disk aluminium – memasok ke negara berkembang

Penelitian lebih lanjut condong ke bahan alternatif seperti karbon nanotube sebagai membran. Masalah mendasar untuk mengintegrasikan temuan tersebut adalah biaya. Penerapan proses tersebut harus dipertimbangkan pada tingkat global. Ada daerah pedesaan di seluruh dunia yang kurang berkembang dan mungkin tidak memiliki sumber daya untuk mengembangkan pabrik desalinasi untuk hadir di daerah lain.

Untuk mengatasi tantangan tersebut, Jia Zhu dari Universitas Nanjing di Cina dan rekan bekerja pada sumber energi alternatif, seperti matahari. Namun tergantung pada kontak langsung saja dari matahari membatasi. Penelitian sedang mencari penggunaan bahan yang dapat diserap untuk meningkatkan jumlah energi dari sinar matahari. Solusi yang mungkin adalah penggunaan piringan aluminium yang menyerap lebih dari 96 persen sinar matahari – 90 persen di antaranya digunakan untuk membentuk uap air. Standar minum juga dipenuhi dengan cara ini. Jika diterapkan, aluminium adalah bahan berbiaya rendah dan dapat menghasilkan air dengan kecepatan yang sama dengan pabrik desalinasi. Namun, karena air suling murni setelah penguapan, tidak adanya mineral seperti magnesium dan kalsium adalah akibatnya. Dengan demikian, ini berfungsi sebagai solusi sementara tetapi tidak boleh digunakan dalam jangka panjang.