Ilmu material

Teknologi Polimer Bertenaga Surya Mengurangi Biaya Desalinasi Setengah

mm
Diterbitkan
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google

Banyak bagian dunia modern bergantung pada infrastruktur yang sering terlupakan seperti jalan, pelabuhan, jalur listrik, dll.

Infrastruktur penting lainnya adalah air, mulai dari pengumpulan hingga pemurnian dan pengolahan limbah cair. Akses ke air bersih tidak hanya penting untuk kehidupan sehari-hari dan mengendalikan polusi; ia juga merupakan sumber daya vital bagi manufaktur, pusat data, dll.

Sayangnya, sebagian besar air di Bumi terkunci di lautan atau glasier Arktik dan Antartika, sehingga kurang dari 1% tersedia sebagai air tawar yang dapat digunakan.

Sumber: OpenEdu

Itulah mengapa metode desalinasi yang efisien dan tidak bergantung pada metode yang mahal serta mengonsumsi banyak energi dapat menjadi inovasi besar. Metode ini tidak hanya dapat membantu wilayah kering yang saat ini bergantung pada desalinasi mahal, tetapi juga dapat menghasilkan air bersih di setiap pantai di Bumi, tempat 80% populasi dunia sudah tinggal.

Kapasitas kontrak desalinasi kumulatif kini telah melampaui 100 juta m3/hari, dan hampir 60% desalinasi ditujukan untuk konsumsi manusia, dengan sudah 21.000 pabrik desalinasi air laut di seluruh dunia.

Meningkatkan efisiensi stasiun semacam itu juga akan mengurangi konsumsi energi dan membantu mengurangi emisi karbon, langkah penting karena pemanasan global sendiri menjadi faktor dalam desertifikasi dan kekurangan air yang membuat desalinasi semakin dibutuhkan.

Peneliti China di Beijing Academy of Science telah mengembangkan polimer baru dengan arsitektur fototermal tiga dimensi (3D) yang mempercepat evaporasi, menjadikan desalinasi bertenaga surya jauh lebih efisien, mengurangi konsumsi energi evaporasi sebesar 45,7%. Mereka mempublikasikan temuan mereka di Advanced Materials1, dengan judul “Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination”.

Desalinasi Bertenaga Surya

Ada banyak cara untuk menghilangkan garam dari air laut sehingga menjadi air tawar yang dapat diminum. Saat ini, metode desalinasi skala besar yang paling umum menggunakan reverse osmosis, di mana pompa bertekanan tinggi memaksa air melewati membran khusus dengan pori mikroskopis, memisahkan air murni dari garam terlarut.

Masalahnya, proses ini cukup intensif energi dan memerlukan membran buatan yang mahal untuk melakukannya.

Alternatifnya adalah metode termal, yang memanfaatkan fakta bahwa ketika air menguap, garam tertinggal, sementara uapnya adalah air tawar murni. Namun, ini juga merupakan proses yang intensif energi.

Sebagian besar daerah kering adalah gurun dan ditandai oleh sinar matahari yang intens, sehingga sinar matahari menjadi sumber logis untuk desalinasi.

Itulah mengapa setiap material yang dapat membantu evaporasi terjadi dengan energi lebih sedikit dapat secara radikal mengubah ekonomi desalinasi. Misalnya, kami sebelumnya membahas bagaimana hidrogel dapat membantu foton menciptakan evaporasi terlepas dari panas atau bagaimana proses konsentrasi ion dapat digunakan untuk membuat unit desalinasi portabel yang beratnya kurang dari 10 kilogram.

Keunggulan polimer baru yang dikembangkan oleh peneliti China terletak pada kombinasi daya tahan, kemudahan fabrikasi, dan pengujian dunia nyata yang menunjukkan kelayakan ekonominya dalam menghasilkan air bersih lebih murah daripada air kemasan serta dapat menumbuhkan tanaman.

Desalinasi Bertenaga Surya Melalui Polimer

Maksimalkan Paparan Sinar Matahari

Secara teori, menggunakan sinar matahari untuk desalinasi adalah proses paling sederhana, karena memanfaatkan panas dari Matahari untuk menguapkan air. Dalam praktik, laju evaporasi dapat bergantung pada banyak variabel seperti panas lingkungan, luas permukaan, kelembapan relatif udara, pergerakan udara, tekanan, dan suhu air.

“Evaporasi yang digerakkan oleh sinar matahari merupakan pendekatan yang menjanjikan, tetapi penerapannya secara praktis sering terhambat oleh kesulitan dalam mengintegrasikan secara sinergis kinerja, ketahanan, dan kelayakan ekonomi”

Cara air terpapar pada udara dan sinar matahari dapat secara radikal mengubah kecepatan evaporasi dan energi yang dibutuhkan. Dengan pemikiran itu, para peneliti mengembangkan polimer dengan struktur berongga unik yang saling terhubung untuk memaksimalkan evaporasi.

“Struktur ini mengandung rantai polimer yang terikat erat dengan struktur berongga yang menghasilkan evaporasi tercatat 8,5 kali lebih tinggi dibandingkan tingkat yang sebelumnya dilaporkan untuk teknologi ini.”

Struktur ini memaksimalkan penangkapan sinar matahari, mengurangi energi yang diperlukan untuk evaporasi. Secara keseluruhan, konsumsi energi evaporasi berkurang secara drastis ketika penyerapan sinar matahari mendekati nilai maksimum teoretis.

“Struktur ini menunjukkan penyerapan sinar matahari broadband sebesar 90,2 persen dan mengurangi konsumsi energi evaporasi sebesar 45,7 persen,”

Penangkap Matahari Polimer Optimal

Material yang digunakan adalah Ta₂O₅/C (tantalum pentoksida-karbon), yang dapat menyerap sinar matahari sekaligus membentuk ikatan molekul polimer yang kuat. Cara kerjanya adalah rantai polimer poliester menembus secara tepat struktur berpori nanobola, menciptakan “morfologi hutan nano”.

Peneliti menguji beberapa panjang tabung kapiler untuk mengamati mana yang paling baik memicu evaporasi. Mereka menemukan bahwa dengan struktur berongga ditambahkan, kapiler PET mencapai hampir efisiensi maksimum dengan panjang hanya 15 sentimeter.

Daya Tahan & Aplikasi Komersial

Setelah 30 hari dalam air laut, material tersebut masih tidak terpengaruh oleh garam maupun sinar matahari, tanpa kerusakan yang terdeteksi bahkan ketika diamati dengan mikroskop elektron. Selain itu, tidak ada radikal bebas aktif yang terdeteksi ketika material terpapar cahaya, menunjukkan kemungkinan daya tahan dan keandalan yang baik selama penggunaan jangka panjang, karena radikal merupakan penyebab utama degradasi plastik akibat sinar matahari.

Para peneliti memperkirakan material ini dapat bertahan bertahun-tahun dalam kondisi nyata dan mempertahankan kinerjanya, yang merupakan prasyarat bagi aplikasi skala besar apa pun.

Mereka juga menguji potensi produksi massal, dengan reaktor hidrotermal laboratorium 20 liter dan tungku terowongan multi-zona yang menghasilkan 100 gram material, dan metode ini mudah diterapkan untuk batch yang jauh lebih besar dengan puluhan kilogram material setidaknya.

Analisis biaya siklus hidup lengkap menunjukkan bahwa setelah dua tahun operasi, biaya produksi air akan turun di bawah harga air kemasan yang tersedia secara komersial, menunjukkan daya saing ekonomi yang signifikan, setidaknya untuk air minum di wilayah mana pun yang memiliki akses ke laut.

Pengujian Prototipe

Para peneliti menggunakan material mereka dalam perangkat desalinasi surya kondensasi aktif seluas 0,75 m². Perangkat ini menghasilkan lebih dari 20 liter (5,2 galon) air tawar di bawah sinar matahari alami, dengan kualitas yang memenuhi standar minum WHO.

Output ini cukup untuk memenuhi kebutuhan minum dasar harian sekitar sepuluh orang, hanya dengan sinar matahari dan air laut.

Air yang sama juga diuji untuk membantu pertumbuhan berbagai tanaman selama satu musim penuh, menggunakan plot demonstrasi seluas 5 m². Mereka menanam bayam, jagung, dan kubis China, menunjukkan bagaimana sistem ini dapat membantu menumbuhkan tanaman di wilayah kering.

Masa Depan Desalinasi

Pengujian lebih lanjut dengan material baru ini dapat dilakukan untuk mengoptimalkan produksi lebih jauh. Misalnya, rangkaian cermin sederhana dapat membantu memanaskan air dan meningkatkan evaporasi ke tingkat yang lebih tinggi, dengan biaya tambahan material atau kompleksitas instalasi yang sangat sedikit.

Demikian pula, mesin tambahan seperti kipas atau sistem pendukung lain seperti menambah tekanan atau mengurangi kelembapan, semuanya ditenagai oleh panel fotovoltaik, juga dapat membantu meningkatkan produktivitas lebih tinggi lagi.

Secara keseluruhan, kemungkinan besar kombinasi material canggih yang meningkatkan efisiensi dan desain yang cukup sederhana sehingga dapat diskalakan secara ekonomi akan mendominasi solusi desalinasi.

Dan perusahaan yang memiliki keahlian dalam menangani air tawar dan pabrik desalinasi akan secara bertahap mengadopsi desain baru ini dan meningkatkan infrastruktur mereka sesuai.

Berinvestasi dalam Infrastruktur Air

Consolidated Water

CWCO Grafik Harga

Consolidated Water (CWCO ) adalah penyedia air tawar penting bagi Karibia dan Amerika Serikat. Spesialisasinya adalah pabrik desalinasi air, dengan fokus pada daerah yang memiliki pasokan air tawar terbatas.

Perusahaan ini memiliki total 11 pabrik yang beroperasi, menghasilkan 27,3 juta galon air tawar per hari, serta 97 pabrik pengolahan air. Salah satu kontrak utama perusahaan berada di Kepulauan Cayman, di mana ia memegang lisensi utilitas air eksklusif untuk menyediakan 6 juta galon per hari.

Perusahaan ini baru-baru ini memenangkan kontrak untuk proyek pabrik besar di Hawaii, untuk merancang, membangun, mengoperasikan & memelihara pabrik desalinasi reverse osmosis air laut baru di O’ahu. Pabrik ini akan menghasilkan 1,7 juta galon air minum per hari. Ini akan menjadi pabrik desalinasi reverse osmosis air laut ke-24 yang dibangun oleh Consolidated Water, dan yang pertama di Amerika Serikat. Pabrik ini akan menghasilkan pendapatan $148 juta dalam dua tahun pertama, diikuti pendapatan stabil selama 24 tahun berikutnya, total $204 juta.

Selain mengoperasikan pabrik air, perusahaan ini juga merupakan produsen peralatan pengolahan air melalui AEREX. AEREX diakuisisi pada tahun 2020 dan menjadi salah satu dari beberapa akuisisi, memberikan perusahaan skala dan keahlian lebih dalam niche-nya (akuisisi lain termasuk Ramey Environmental Compliance -REC, dan PERC Water Corporation di California).

Perusahaan ini memiliki pendapatan stabil dari produksi air, dan pendapatan yang lebih variabel dari proyek konstruksi besar sesekali.

Perusahaan ini telah membangun keahliannya dalam desalinasi dan memecahkan kebutuhan air mendesak di mana tidak ada solusi mudah. Munculnya teknologi desalinasi baru yang dipadukan dengan meningkatnya kekurangan air seharusnya membantu Consolidated Water memperoleh pasar baru dan meningkatkan pendapatannya di masa depan. Selain itu, neraca keuangan yang kuat seharusnya membantu dalam akuisisi strategis dan menutupi biaya modal serta R&D untuk proyek pabrik air baru.

Berita dan Perkembangan Saham American Water Works (AWK) Terbaru

Studi Dirujuk

1. Dan Yu et al., Interlocking Stabilized 3D Photothermal Nano-Architectures Enables Distributed Solar Desalination. Advanced Materials. 21 Juni 2026. https://doi.org/10.1002/adma.73756

mm

Jonathan adalah mantan peneliti biokimia yang bekerja dalam analisis genetik dan uji klinis. Ia kini menjadi analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century'.