Teknologi desalinasi baru ini menggunakan nanopartikel yang mengubah 80 persen energi sinar matahari menjadi panas. Hasil dari prototipe sebelumnya menunjukkan teknologi ini bisa menghasilkan sebanyak enam liter air tawar per jam per meter persegi solar membrane.
Upaya penelitian untuk merevolusi pengolahan air telah menghasilkan teknologi off-grid yang menggunakan energi hanya dari sinar matahari untuk mengubah air asin menjadi air minum segar. Sistem desalinasi, yang menggunakan kombinasi teknologi distilasi membran dan nanophotonics pemanenan ringan, merupakan inovasi besar pertama dari Center for Nanotechnology Enabled Water Treatment (NEWT), yakni sebuah pusat penelitian teknik multiinstitusional yang berbasis di Rice University, Texas, Amerika Serikat.
Teknologi distilasi membran “Nanophotonics-enabled” dari Nanophotonics, atau NESMD, menggabungkan metode pengolahan air yang benar dan terbukti dengan nanoteknologi mutakhir yang mengubah sinar matahari menjadi panas. Teknologi ini papaparkan secara online dalam Prosiding National Academy of Sciences minggu ini. Lebih dari 18.000 pabrik desalinasi beroperasi di 150 negara, namun teknologi desalinasi NEWT tidak seperti yang lainnya, yang ada dan digunakan saat ini.
“Desalinasi matahari langsung bisa menjadi penolong dari sekitar 1 miliar orang yang kekurangan akses terhadap air minum bersih,” kata ilmuwan di Rice dan ahli pengolahan air Qilin Li. “Teknologi off-grid ini mampu menyediakan air bersih yang cukup untuk digunakan satu keluarga dan dapat ditingkatkan untuk menyediakan air bagi masyarakat yang lebih luas.” Tambah Li. Metode tertua untuk membuat air tawar dari air asin adalah distilasi. Air asin direbus, dan uapnya ditampung dan di alirkan melalui kondensasi.
Penyulingan telah digunakan selama berabad-abad, namun membutuhkan infrastruktur yang kompleks dan energi yang tidak efisien karena jumlah panas yang dibutuhkan untuk merebus air dan menghasilkan uap. Lebih dari separuh dari biaya mengoperasikan pabrik penyulingan air merupakan biaya untuk bahan bakar energi untuk merebus air. Sebuah teknologi baru untuk desalinasi adalah distilasi membran, dimana air garam panas mengalir di satu sisi membran berpori dan air tawar dingin mengalir ke arah yang lain.
Uap air secara alami ditarik melalui selaput dari panas ke sisi yang dingin, dan karena itu air laut tidak perlu direbus, kebutuhan energi yang harus digunakan dalam destilasi tradisionapun bisa dikurangi. Namun, biaya energi masih cukup signifikan karena panas terus menerus hilang dari sisi panas membran hingga dingin. “Tidak seperti distilasi membran tradisional, NESMD mengambil manfaat dari peningkatan efisiensi dengan skala,” kata Rice Naomi Halas, peneliti lain yang terlibat dalam proyek ini.
Dan merupakan pemimpin upaya penelitian nanophotonics NEWT. “Ini memerlukan energi pemompaan yang minimal untuk konversi distilat yang optimal, dan ada beberapa cara untuk mengoptimalkan teknologi agar lebih produktif dan efisien.” Kata Halas. Teknologi baru NEWT dibangun berdasarkan penelitian di laboratorium Halas untuk menciptakan nanopartikel yang direkayasa yang mampu memanen 80 persen sinar matahari untuk menghasilkan uap.
Dengan menambahkan nanopartikel murah yang tersedia secara komersial ke membran berpori, NEWT pada dasarnya mengubah membran itu menjadi elemen pemanas satu sisi yang hanya memanaskan air untuk mendorong distilasi membran. “Integrasi kemampuan pemanasan panas bumi di dalam membran pemurnian air untuk desalinasi langsung yang didorong oleh matahari membuka peluang baru dalam pemurnian air,” kata Menachem Elimelech dari Yale University yang juga peneliti utama NEWT.
Dalam studi PNAS, peneliti menawarkan hasil proof-of-concept berdasarkan tes dengan ruang NESMD sekitar ukuran tiga prangko dan tebal hanya beberapa milimeter. Membran distilasi di ruang berisi lapisan atas yang dirancang khusus dari nanopartikel karbon hitam yang dimasukkan ke dalam polimer berpori. Nanopartikel yang menangkap cahaya memanaskan seluruh permukaan membran saat terkena sinar matahari. Lapisan air garam tipis dengan tebal setengah milimeter mengalir di atas lapisan karbon hitam, dan aliran air tawar yang sejuk mengalir di bawahnya.
Li, mengatakan bahwa tingkat produksi air meningkat pesat dengan memusatkan sinar matahari. “Intensitas naik 17,5 kilowatt per meter persegi saat lensa digunakan untuk memusatkan sinar matahari sebanyak 25 kali, dan produksi air meningkat menjadi sekitar 6 liter per meter persegi per jam.” Tambah Li. Tim peneliti NEWT juga telah membuat sistem yang jauh lebih besar yang berisi panel yang berukuran sekitar 70 sentimeter hingga 25 sentimeter.
Pada akhirnya, NEWT berharap bisa menghasilkan sistem modular di mana pengguna bisa memesan sebanyak mungkin panel sesuai kebutuhan air sehari-hari mereka. “Tergantung pada tingkat produksi air yang Anda butuhkan, Anda bisa menghitung berapa luas membran yang Anda butuhkan. Misalnya, jika Anda memerlukan 20 liter per jam, dan panel menghasilkan 6 liter per jam per meter persegi, Anda akan memesan sedikit lebih banyak. “ kata Li.
Didirikan oleh National Science Foundation pada tahun 2015, NEWT bertujuan untuk mengembangkan sistem pengolahan air terpadu, bergerak, off-grid yang dapat menyediakan air bersih bagi jutaan orang yang kekurangan air dan membuat produksi energi AS lebih berkelanjutan dan hemat biaya. NEWT, diharapkan dapat memanfaatkan lebih dari $ 40 juta dalam dukungan federal dan industri selama dekade berikutnya.
NEWT memfokuskan Pada aplikasi untuk tanggap darurat kemanusiaan, sistem air pedesaan dan pengolahan air limbah dan penggunaan kembali di lokasi terpencil, termasuk platform pengeboran darat dan lepas pantai untuk eksplorasi minyak dan gas bumi.
nik/berbagai sumber/E-6
