Metode baru mengubah air laut menjadi air minum tanpa limbah
(rochester.edu)- Sistem desalinasi tenaga surya bekerja dengan menarik lapisan air tipis ke panel logam hitam untuk menyerap radiasi matahari dan menyuling air, sehingga menghasilkan air tawar tanpa bahan tambahan kimia maupun produk sampingan berupa air garam pekat
- Reverse osmosis dan distilasi termal yang ada saat ini membutuhkan energi besar serta memerlukan pra-pemrosesan dan pascapemrosesan, sementara air garam pekat yang dibuang kembali ke laut meningkatkan salinitas dan menurunkan oksigen sehingga merusak biota laut
- Tim peneliti University of Rochester merancang permukaan logam hitam superwicking yang diukir dengan laser femtosecond, di mana area aktif mempertahankan proses desalinasi dan sisi yang tidak diproses menampung sisa garam serta mineral
- Dalam pengujian pada sampel air dari Samudra Pasifik, Atlantik, dan Hindia, efek cincin kopi mengirim garam dan mineral ke area pasif sehingga permukaan membersihkan diri sendiri dan material dapat dikumpulkan tanpa penurunan efisiensi panel
- Panel yang sama juga mengekstraksi hampir 100% garam dalam bentuk padat, dan pada sampel air Great Salt Lake berhasil mengekstraksi sekitar 50% litium dari sisa garam setelah desalinasi
Sistem desalinasi hemat energi menghasilkan air tawar tanpa bahan tambahan kimia dan mengubah sisa garam menjadi bahan berguna
- Menurut estimasi UN, ada 2,2 miliar orang yang tidak memiliki akses ke air minum yang dikelola dengan aman, dan berbagai komunitas dari California hingga Timur Tengah bergantung pada fasilitas desalinasi untuk mengubah air laut menjadi air tawar
- Teknologi desalinasi umum seperti reverse osmosis dan distilasi termal membutuhkan energi besar serta memerlukan pra-pemrosesan dan pascapemrosesan air, sambil menyisakan produk sampingan berupa air garam pekat (brine)
- Ketika air garam pekat ini dibuang kembali ke laut, salinitas air meningkat dan kadar oksigen menurun sehingga membahayakan biota laut
- Tim peneliti dari Institute of Optics, University of Rochester, mengembangkan proses desalinasi tenaga surya baru yang tidak menyisakan air garam pekat dan juga tidak memerlukan bahan tambahan kimia untuk pra-pemrosesan
- Tim yang dipimpin Chunlei Guo mempublikasikan metode ini dalam makalah di Light: Science & Applications
- Inti teknologi ini adalah panel logam hitam yang dietsa dengan laser femtosecond; permukaannya sangat baik dalam menyerap cahaya dan sangat kuat menarik air, dengan karakteristik superwicking
- Area aktif yang diproses laser menarik lapisan air tipis ke atas permukaan, menyerap hampir seluruh radiasi matahari, lalu menyuling air
- Sisa garam dan mineral bergerak ke sisi panel yang tidak diproses, yaitu area pasif, sehingga tidak menyumbat area aktif
- Struktur ini dirancang untuk menghindari masalah ketika garam menyumbat area aktif dan mengganggu desalinasi berkelanjutan
Pemanfaatan efek cincin kopi dan mengubah limbah menjadi sumber daya
-
Pemanfaatan efek cincin kopi
- Penelitian desalinasi tenaga surya sebelumnya menunjukkan kinerja baik dalam kondisi laboratorium dengan air laut simulasi yang hanya dibuat dari air dan natrium klorida
- Saat air menguap, natrium klorida mengkristal dalam bentuk partikulat dan berpori, sehingga air masih bisa melewati dan melarutkan garam, serta panel surya juga mudah dibersihkan
- Air laut nyata memiliki komposisi yang jauh lebih kompleks sehingga cenderung menimbulkan masalah dalam pengujian lapangan
- Komponen air laut seperti material berbasis magnesium dan kalsium mengkristal di permukaan panel surya menjadi kerak keras dan tidak berpori yang menyumbat permukaan
- Ini mirip dengan kepala shower yang tersumbat atau kerak pada ketel setelah waktu lama, hanya saja air laut mengandung garam ratusan kali lebih banyak daripada air keran
- Tim peneliti merancang alur pada logam hitam dengan etsa presisi agar berbagai garam dan mineral dalam air laut dapat terlepas dari permukaan
- Efek cincin kopi adalah fenomena ketika setetes kopi mengering di permukaan dan meninggalkan cincin partikel kopi terkonsentrasi di tepinya
- Prinsip yang sama digunakan untuk memindahkan garam ke area pasif
- Pengujian pada sampel air dari Samudra Pasifik, Atlantik, dan Hindia mengonfirmasi bahwa permukaan dapat membersihkan diri sendiri
- Saat air tawar diekstraksi, sisa garam dikirim ke area pasif dan dapat dikumpulkan kemudian
- Dalam proses ini tidak ada penurunan efisiensi panel
-
Mengubah limbah menjadi sumber daya
- Keunggulan jelas dari metode desalinasi baru ini adalah bahwa alih-alih menyisakan air garam pekat yang harus diolah atau dibuang, sistem ini mengekstraksi hampir 100% garam dalam bentuk padat
- Ini dapat menjadi sumber garam meja yang melimpah, dan juga bisa dimanfaatkan untuk mengekstraksi mineral yang lebih berharga seperti litium untuk baterai litium-ion yang digunakan pada kendaraan listrik dan perangkat elektronik
- Makalah terkait di Journal of Materials Chemistry A menunjukkan cara memisahkan litium dari garam lain selama proses desalinasi dengan panel surya superwicking yang sama
- Caranya adalah dengan menempatkan nanopartikel hidrogen titanate di dalam alur mikro pada permukaan logam hitam untuk memisahkan litium dari garam dan mineral lainnya
- Menurut Guo, karena penambangan litium dari daratan sangat membebani dari sisi energi dan lingkungan, memperoleh litium langsung dari air garam dapat menjadi jalur penting di masa depan
- Dalam eksperimen menggunakan sampel air Great Salt Lake, sekitar 50% litium berhasil diekstraksi dari sisa garam setelah desalinasi
- Teknologi desalinasi superwicking telah dibuktikan pada proof-of-concept perangkat skala kecil, dan Guo menilai teknologi ini dapat diskalakan serta berpotensi meningkatkan akses air minum global dan keberlanjutan rantai pasok mineral berharga
1 komentar
Komentar Hacker News
Desalinasi membutuhkan energi minimum yang mendasar
Artinya, ini tidak mungkin dilakukan dengan energi yang lebih kecil daripada energi yang bisa dipulihkan ketika air hasil desalinasi menerima tekanan osmotik ke sisi air garam yang tersisa lalu mendorong piston kembali, dan nilainya besar
Makalah ini memakai metode berbasis panas sehingga tidak ada input listrik, tetapi jika ingin mengklaim efisiensi, harus dibandingkan dengan penggunaan panel surya pada luas area yang sama untuk menjalankan fasilitas konvensional
Sejauh pemahaman terbatas saya, reverse osmosis yang ada saat ini sudah cukup dekat dengan optimum teoretis dari sudut pandang energi, dan kesulitan utamanya adalah masalah operasional untuk mengatasi penyumbatan membran. Tentu saja reverse osmosis juga lebih mahal daripada hujan
Namun, fakta bahwa metode ini langsung menghasilkan garam kristal menarik juga, karena volumenya lebih kecil daripada air garam pekat, sehingga lebih mudah ditangani dan mungkin bahkan punya nilai ekonomis
Isinya kira-kira: “Dengan menguji teknik desalinasi surya menggunakan sampel air dari Samudra Pasifik, Atlantik, dan Hindia, tim Guo dapat membuat permukaan yang membersihkan diri. Artinya, mereka bisa mengekstrak air tawar dan mengirim sisa garam ke area pasif untuk dikumpulkan kemudian, tanpa menurunkan efisiensi panel”
Ini bukan peningkatan yang “besar”, melainkan peningkatan tingkat menengah, perubahan albedo pun mungkin terbatas, dan input energi surya per satuan luas tetap sama
Bergantung pada biaya proses ini, dari sudut nilai kini bersih hasilnya kemungkinan akan hampir setara
Sebab danau limbah asam melarutkan berbagai logam mulia dari bawah tanah
Pabrik desalinasi reverse osmosis membutuhkan listrik untuk menjalankan pompa, dan listrik itu bisa dibuat dengan panel berdaya guna 15~20%
Jika panel desalinasi termal yang murah bisa dibuat, maka meski efisiensi energinya 6 kali lebih buruk, ia tetap bisa lebih unggul, sambil menghindari pabrik desalinasi yang mahal dan rapuh serta memungkinkan konfigurasi terdistribusi dengan keterampilan rendah
Sebaliknya, garam kristal padat justru yang merepotkan
Makalahnya ada di sini: https://www.nature.com/articles/s41377-026-02315-4
Saat ini masih skala laboratorium di dalam wadah kaca, belum sampai tahap membuat sistem yang benar-benar bisa dipakai, bahkan untuk yang kecil sekalipun
Klaim besarnya adalah bahwa sistem ini tidak tersumbat; aksi kapiler memindahkan garam ke area lain di luar area aktif, lalu suatu mekanisme yang belum dikembangkan menghilangkannya dari sana. Bagian ini perlu dibuktikan
Jika mereka bisa membuatnya berjalan selama beberapa tahun tanpa tersumbat dan tanpa penggantian material aktif, itu benar-benar kemajuan nyata
Pemrosesan permukaan dengan laser sudah merupakan teknik yang dikenal: https://www.youtube.com/watch?v=BKYOglHYo_Y
Ini berguna saat menyiapkan pengecatan, karena membuat permukaan halus menjadi kasar dengan pola yang sangat terstruktur sehingga hasil akhir lapisan cat tetap halus
Jika dibuat kasar dengan sandblast, lapisan cat pertama akan agak tidak teratur sehingga harus diamplas dan dicat lagi
Pengasaran dengan laser pernah dicoba untuk pengecatan mobil tetapi tidak menjadi arus utama, dan pertanyaan bagus di sini adalah apakah peralatan komersial pemrosesan permukaan laser dapat membuat material untuk proses baru ini
Upaya besar pertama gagal lalu ditinggalkan, dan pelajaran dari upaya kedua adalah bahwa masalah tersulit bukan menggali, melainkan memindahkan tanah. Jumlah tanahnya benar-benar luar biasa
Terkait hal itu, Path Between the Seas adalah buku yang sangat bagus dan sulit dilepaskan
Dari fotonya terlihat ada sedikit garam yang menutupi permukaan, dan untuk sistem jenis ini, sedikit itu pun tampaknya sudah terlalu banyak
Meski begitu, semoga ini benar-benar bekerja dan bisa diskalakan
Ini tampaknya artikel University of Rochester yang sama dengan yang mendapat 20 komentar empat hari lalu
https://news.ycombinator.com/item?id=48349507
Menurut saya, cara paling efisien untuk “mengubah air laut menjadi air minum” adalah hujan
Pada dasarnya kita hanya perlu lebih baik dalam mengumpulkan dan mengangkut hasil dari perangkat desalinasi surya terbesar di dunia
Jika kecepatan aliran menuruni lereng diperlambat, vegetasi akan bertambah, vegetasi itu juga menahan air, dan air punya lebih banyak waktu untuk meresap ke dalam tanah sehingga membantu sumur-sumur setempat
Wilayah gurun pun bisa sepenuhnya “diterraform”: https://youtube.com/shorts/cfhbtgon4Nk?is=oAExB5UeMAsShBux
Senang melihat riset dari Rochester. Baik RIT, UofR, maupun sekolah-sekolah terdekat, kawasan ini benar-benar diremehkan secara akademis
Setidaknya di bidang sains, saya bisa mengakses banyak peluang yang sulit didapat di sekolah yang lebih terkenal
Tempat itu membantu membangun fondasi hidup saya dengan cara yang mungkin sulit terjadi di tempat lain
Ini mungkin pertanyaan aneh, tetapi apakah mungkin memasang panel surya pada dehumidifier untuk memproduksi air nonminum bagi irigasi pertanian dalam skala besar di mana saja selain gurun? Jika tidak, apa alasannya?
Secara umum, wilayah yang kelembapan udaranya cukup tinggi sehingga layak mempertimbangkan metode ini biasanya sudah punya akses yang lebih mudah ke hujan dan air tanah
Israel melakukan desalinasi untuk 75~85% air minumnya, dan masalahnya adalah disfungsi politik dan ekonomi
Misalnya, California pada 1970-an sudah bisa melakukan desalinasi secara luas dengan teknologi saat itu dan tenaga nuklir, serta bisa sangat memperluas waduk dan saluran air, tetapi tidak melakukannya
Ini sangat mirip dengan Roma pada abad ke-5 yang memakai akuaduk buatan peradaban sebelumnya tetapi telah kehilangan kemampuan untuk membangun yang baru
Alasan sebenarnya itu tidak berhasil adalah karena sangat tidak efisien. Untuk mengembunkan air, sejumlah besar panas harus dibuang ke suatu tempat, dan ini adalah batasan yang mendasar secara fisika
Selain itu, tempat yang cukup efektif untuk dehumidifier biasanya lembap dan umumnya tidak terlalu kekurangan air. Gurun memiliki kelembapan yang sangat rendah sehingga dehumidifier hampir tidak bisa menghasilkan air
Bahkan dehumidifier yang bagus di lingkungan lembap pun membakar listrik dalam kisaran kW hanya untuk menghasilkan sekitar 10 liter air per hari
Ada tempat-tempat di Bumi yang pada dasarnya gurun tetapi secara teratur mendapat kabut lembap pada dini hari, dan tempat-tempat seperti itu sudah tahu cara mengumpulkan air dari udara jauh sebelum siklus refrigerasi ditemukan
Secara harfiah, desalinasi lebih murah
Memang mungkin membuat rumah kaca raksasa berisi air laut, menguapkannya dengan matahari, lalu mengumpulkannya dengan dehumidifier, tetapi tetap saja sangat tidak efisien. Air punya kalor jenis yang sangat besar, jadi jalur pemisahan apa pun yang mengandalkan panas akan memakai energi dalam jumlah sangat besar
Tidak ada dehumidifier komersial yang dapat menghasilkan cukup air, jadi pada akhirnya Anda menghabiskan 80 ribu dolar, padahal lebih baik langsung memesan pengiriman air
Saya penasaran apakah efisiensi energinya bisa ditingkatkan lebih jauh dengan menggabungkan efek fotomolekuler
https://news.mit.edu/2024/how-light-can-vaporize-water-witho...
Sejak dulu saya penasaran kenapa tidak banyak ada struktur di pantai Red Sea yang membuat kanal berisi air laut, lalu air itu menguap di bawah atap kaca untuk menghasilkan air tawar, sementara sisa garamnya ditambang
pasir → kaca → air laut yang dipanaskan → air tawar + mineral → ??? → tampaknya bisa menjadi model bisnis yang menguntungkan
Jika digabungkan dengan perkebunan mangrove, bukankah pantai gurun juga bisa menopang lebih banyak kehidupan?
Saya juga penasaran apakah teknologi ini bisa diskalakan, dan seberapa cepat air dapat diproses. Jika digabungkan dengan panel surya transparan, ini bisa menjadi teknologi yang cukup luar biasa
Sekitar 1 miliar dolar telah dihabiskan, tetapi karena masalah finansial, politik, dan lingkungan yang saling terkait, proyeknya berstatus ditunda
https://en.wikipedia.org/wiki/Red_Sea%E2%80%93Dead_Sea_Water...
Semua itu akan menempel di atas dan bawah kaca, dan akhirnya garam yang tersisa juga akan menumpuk
Garam yang tersisa sangat keras terhadap struktur atau mesin yang harus memindahkannya, sehingga perbaikan struktur kaca besar pun menjadi merepotkan
Jika setelah semua itu air yang didapat hanya sebesar aliran kecil yang lambat, biasanya itu tidak sepadan nilainya