Energi
Desalinasi Tenaga Surya – Memecahkan Kelangkaan Air untuk 2,2 Miliar Manusia
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Masalah kelangkaan air lebih mendesak daripada yang dapat kita bayangkan. Menurut data yang disajikan oleh United Nations Environment Programme, hampir 50 persen populasi planet, yang setara dengan hampir 4 miliar orang, mengalami kekurangan air setidaknya satu bulan dalam setahun.
Pada tahun berikutnya, pada tahun 2025, diperkirakan 1,8 miliar orang akan menghadapi apa yang disebut Organisasi Pangan dan Pertanian (FAO) sebagai “kelangkaan air absolut.”
Mengatasi masalah yang begitu besar dan menyeluruh ini memerlukan solusi inovatif, solusi yang memanfaatkan sumber daya yang belum atau kurang dieksplorasi.
Sebagai contoh, mengatasi masalah kelangkaan air dapat mengubah air laut menjadi air tawar, yang merupakan salah satu solusi paling efektif karena pasokan air laut melimpah. Akan lebih baik jika proses tersebut dapat dilakukan menggunakan energi terbarukan, seperti tenaga surya.
Perangkat Hemat Energi untuk Memproduksi Air Minum dari Air Laut
Mengubah air laut menjadi air minum segar memerlukan desalinasi. Namun, sistem desalinasi saat ini yang memompa air laut melalui membran untuk memisahkan garam dari air tidak hanya memakan banyak energi tetapi juga mengalami penumpukan garam pada permukaan perangkat. Akibatnya, aliran air terhambat, mengurangi efisiensi. Endapan garam ini membuat mesin tersebut tidak cocok untuk operasi berkelanjutan dan mahal, memerlukan perawatan yang sering.
Tim peneliti University of Waterloo sekarang telah menemukan sebuah solusi yang terinspirasi oleh siklus air alam, yang sangat dipengaruhi oleh cara pohon mengangkut air dari akar ke daun.
Menurut Dr. Michael Tam, seorang profesor di Departemen Teknik Kimia Waterloo:
“Inspirasi kami datang dari mengamati bagaimana alam mempertahankan dirinya dan cara air menguap serta mengembun di lingkungan.”
Karena mekanisme ini terinspirasi dari siklus air alami, hampir tidak memerlukan perawatan besar.
Proses ini melibatkan solusi rekayasa yang menyebabkan air menguap, mengangkutnya ke permukaan, dan mengembunkannya dalam siklus tertutup. Hasilnya adalah pencegahan efektif dari penumpukan garam serta peningkatan umur perangkat dengan efisiensi yang tidak berkurang.
Yang menambah manfaat perangkat ini adalah penggunaan energi terbarukan, menjadikan perangkat hemat energi. Ia beroperasi dengan tenaga surya dan dapat mengubah hampir 93% energi matahari menjadi energi.
The efficiency is five times better compared to the current desalination systems available in the market, producing close to twenty liters of fresh water per square meter.
Menariknya, jumlah air tersebut sama dengan yang direkomendasikan WHO untuk setiap orang setiap hari untuk kebutuhan minum dasar dan kebersihan.
Untuk membuat perangkat menggunakan energi surya secara efisien, para peneliti menggunakan bahan dasar Nikel (Ni). Struktur busa nikel tersebut dilapisi dengan polimer konduktif dan partikel serbuk sari termoresponsif. Komposisi ini membuat material tersebut mampu menyerap sinar matahari di seluruh spektrum radiasi matahari.
Untuk pergerakan air ke atas, lapisan tipis air asin dipanaskan dan diangkut. Ini mirip dengan cara air bergerak melalui kapiler alami pada pohon. Penguapan air menyebabkan garam yang tersisa bergerak ke bagian bawah perangkat.
Kesederhanaan solusi ini membuatnya siap untuk adopsi yang lebih luas. Portabilitasnya memastikan bahwa dapat digunakan di daerah terpencil, terutama di negara pesisir dan kepulauan.
Saat merangkum manfaat keseluruhan solusi ini, Dr. Yuning Li, seorang profesor di Departemen Teknik Kimia Waterloo, berkata:
“Perangkat baru ini tidak hanya efisien tetapi juga portabel, menjadikannya ideal untuk digunakan di daerah terpencil dimana akses ke air bersih terbatas.”
Untuk menjelaskan lebih lanjut manfaat potensial, Dr Michael Tam mengatakan hal berikut:
“Jika pengujian terbukti berhasil, teknologi ini dapat secara berkelanjutan menyediakan air bersih bagi komunitas pesisir dan memajukan Tujuan Pembangunan Berkelanjutan PBB nomor tiga, enam, 10 dan 12.”
Meskipun penelitian yang disebutkan di atas telah menumbuhkan harapan besar di komunitas ilmiah dan orang-orang yang bekerja menuju solusi air tawar berkelanjutan, peneliti lain juga telah melakukan hal serupa.
Pada segmen berikutnya, kami membahas pengembangan unit desalinasi portabel yang diusulkan oleh peneliti MIT pada tahun 2022.
Unit Desalinasi Portabel untuk Menghasilkan Air Minum Jernih dan Bersih
Pada April 2022, peneliti MIT mengembangkan unit desalinasi portabel yang beratnya kurang dari 10 kilogram, kira-kira sebesar koper. Unit ini dapat beroperasi dengan daya yang lebih rendah daripada yang dibutuhkan untuk mengisi daya ponsel. Tersedia untuk dibeli dengan harga US$50, seperti perangkat yang kami bahas pada segmen sebelumnya, unit ini juga tidak memerlukan proses penyaringan air. Sebaliknya, ia menggunakan tenaga listrik untuk menghilangkan partikel dari air minum.
Teknik Polarisasi Konsentrasi Ion Membuat Unit Bebas Filter
Proses ini, hasil kerja dekade peneliti, melibatkan penerapan medan listrik pada membran yang ditempatkan di atas dan di bawah saluran air. Membran tersebut dapat menolak partikel bermuatan positif atau negatif, termasuk molekul garam, bakteri dan virus, saat air mengalir melaluinya. Proses ini dapat membantu menghilangkan padatan terlarut maupun tersuspensi.
Para peneliti, dalam merancang solusi mereka, secara bijaksana menggunakan teknik terbaik yang tersedia, termasuk pembelajaran mesin. Pembelajaran mesin terbukti efektif dalam menemukan kombinasi ideal modul ICP dan elektrodialisis karena proses tersebut melibatkan total enam modul.
Para peneliti juga memperhatikan bahwa perangkat seperti ini, yang hanya akan efektif jika banyak diadopsi, harus mudah dan sederhana digunakan. Oleh karena itu, dapat diluncurkan dengan hanya satu tombol untuk desalinasi dan pemurnian otomatis.
Ia juga dapat memberi tahu pengguna ketika tingkat salinitas dan jumlah partikel turun di bawah ambang toleransi tertentu. Untuk membuat pembacaan data sederhana dan intuitif, para peneliti menyediakan aplikasi smartphone yang dapat mengendalikan unit secara nirkabel dan melaporkan semua data yang tersedia tentang konsumsi daya dan salinitas air secara real-time.
Didanai sebagian oleh DEVCOM Soldier Center, Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), Program Fellowship Postdoc AI Eksperimental Universitas Northeastern, dan Roux AI Institute, penelitian ini memberikan hasil yang memuaskan.
Para peneliti membawa solusi ini keluar dari laboratorium dan mengujinya di Carson Beach, Boston. Air yang dihasilkan melampaui pedoman kualitas Organisasi Kesehatan Dunia dengan mengurangi jumlah padatan tersuspensi setidaknya faktor 10, sementara prototipe menghasilkan air minum dengan laju 0,3 liter per jam, membutuhkan hanya 20 watt-jam per liter.
Menjelaskan sifat revolusioner dari percobaan ini, penulis senior Jongyoon Han, seorang profesor teknik elektro dan ilmu komputer serta teknik biologi dan anggota Research Laboratory of Electronics (RLE), mengatakan:
“Ini benar-benar merupakan puncak dari perjalanan 10 tahun yang saya dan tim saya jalani. Kami bekerja selama bertahun-tahun pada fisika di balik proses desalinasi individual, tetapi menggabungkan semua kemajuan tersebut ke dalam sebuah kotak, membangun sistem, dan mendemonstrasikannya di laut, merupakan pengalaman yang sangat berarti dan memuaskan bagi saya.”
Sementara peneliti universitas sangat terlibat dalam upaya mulia ini, ada beberapa perusahaan yang telah mengambil pekerjaan desalinasi air. Kontribusi mereka sama pentingnya karena adopsi skala besar memerlukan solusi yang ditingkatkan yang berfungsi pada skala komersial.
Dalam segmen berikut, kami akan melihat beberapa perusahaan tersebut.
#1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ: CWCO)
Perusahaan memiliki layanan tekniknya siap memberdayakan kliennya dengan desain-bangun lengkap Sistem Desalinasi Reverse Osmosis Air Laut. Perusahaan melayani seluruh siklus layanan yang mencakup instalasi, ekspansi, atau retrofit.
Perusahaan, terdaftar dan diperdagangkan di Nasdaq, melakukan manajemen, teknik, dan layanan konstruksi untuk desalinasi melalui DesalCo, yang diakui oleh pemasok sebagai Original Equipment Manufacturer (OEM) pabrik reverse osmosis desalination air laut untuk Perusahaan.
Secara teknologi, perusahaan mengenali dua metode utama untuk desalinasi:
(i) Thermal distillation
(ii) Membrane separation.
Perusahaan lebih memilih metode yang kedua karena biaya energinya lebih rendah. Perusahaan menggunakan pemisahan membran reverse Osmosis untuk desalinasi air payau dan air laut. Ini adalah proses pemisahan fluida di mana air asin ditekan, dan air tawar dipisahkan dari air asin dengan melewati membran semipermeabel yang menolak garam.
Pabrik Reverse Osmosis Air Laut Consolidated Water (CWCO ) berlokasi di Nassau, New Providence, Commonwealth of the Bahamas. Diresmikan pada Juli 2006, pabrik memiliki kapasitas operasi untuk menangani 12 juta galon AS per hari.
Pada tahun 2023, perusahaan menyelesaikan akuisisi sisa kepemilikan 39% PERC Water Corporation (“PERC”) untuk menjadi pemilik 100% anak perusahaan ini, yang merancang, membangun, mengoperasikan, dan mengelola fasilitas infrastruktur air di Southwest AS.
Pada tahun yang sama, PERC mendapatkan kontrak baru sebesar $204 juta untuk merancang, membangun, dan mengoperasikan fasilitas desalinasi baru di Honolulu, Hawaii.
Operasi ritel perusahaan di Kepulauan Cayman menghasilkan air minum di tiga pabrik desalinasi reverse osmosis air laut di Grand Cayman yang terletak di situs Abel Castillo Water Works (“ACWW”) dan West Bay.
Kapasitas produksi gabungan saat ini dari dua pabrik di ACWW adalah 3,0 juta galon air per hari. Kapasitas produksi pabrik West Bay adalah 1.000.000 galon air per hari.
CWCO Grafik Harga
Pada tahun 2023, perusahaan mencatat pendapatan US$180,2 juta, lonjakan signifikan dari pendapatan US$94,1 juta pada 2022. Tahun 2023 juga mencatat laba bersih dan EPS tertinggi dari operasi berkelanjutan masing‑masing $30,7 juta dan $1,93. Harga saham biasa perusahaan mencapai rekor tertinggi US$38,29 pada November 2023.
#2. Veolia
Perusahaan melihat desalinasi sebagai solusi utama untuk memerangi kelangkaan air. Mereka mengklaim telah membangun ratusan pabrik dan sistem desalinasi di seluruh dunia, menghasilkan air tawar untuk kebutuhan municipal dan industri.
Sejak 2007, perusahaan bertanggung jawab membangun dan mengoperasikan pabrik reverse osmosis air laut Sur, bersama dengan Oman Power and Water Procurement Company (OPWP). Fasilitas ini menyediakan air minum untuk lebih dari 600.000 orang. Veolia juga membangun fasilitas desalinasi untuk kebutuhan industri.
Teknologi Barrel milik Veolia adalah sistem RO desalinasi yang aman, kompak, dan digital dengan pendekatan plug‑and‑play yang membantu mempercepat jadwal sementara sensor digital terintegrasinya memastikan pemantauan jarak jauh yang efisien.
Veolia, selain solusi desalinasi langsungnya, juga membantu klien dengan kombinasi alat digital dan keahlian yang membuat proses lebih cerdas, lebih aman, dan lebih berkelanjutan.
Portofolio layanan berbasis instalasi mereka menawarkan layanan pengolahan air yang disesuaikan dengan kebutuhan spesifik klien. Layanan air bergerak Veolia menangani aset sewaan yang mendukung dan membantu operasi situs klien untuk kebutuhan pengolahan air sementara maupun jangka panjang. Akhirnya, di bawah sayap program kimia pengolahan air, perusahaan menawarkan solusi kebersihan air dan kimia HYDREX yang membantu meningkatkan kinerja utilitas dan peralatan pengolahan air.
Saham Veolia (OTC: VEOVY) diperdagangkan di pasar over‑the‑counter (OTC). Pada paruh pertama 2024, perusahaan mencatat pendapatan sebesar 22,141 Miliar Euro, sedikit turun dari pendapatan H1 2023 sebesar 22,755 Miliar Euro. Dari 22,141 Miliar tersebut, hampir 8,8 Miliar Euro berasal dari divisi bisnis yang melayani kebutuhan air. Dua divisi lainnya terkait limbah dan energi.
Pentingnya Desalinasi yang Semakin Meningkat
Volume air yang signifikan sudah berasal dari desalinasi. Menurut data yang disajikan oleh International Desalination Association, kapasitas kontrak desalinasi kumulatif kini telah melampaui 100 juta m³/hari dan hampir 60% desalinasi didedikasikan untuk konsumsi manusia. Menurut perkiraan, sekitar 300 juta orang bergantung pada proses ini untuk penggunaan air harian mereka. Negara seperti Kuwait menghasilkan hampir 100% kebutuhan air tawar mereka melalui desalinasi.
Namun, proyek desalinasi belum tersebar secara merata di seluruh dunia. Wilayah Timur Tengah dan Amerika Utara secara kumulatif menyumbang lebih dari 70% kapasitas desalinasi dunia. Dari 70% tersebut, Timur Tengah saja menyumbang lebih dari 53%.
Data juga menunjukkan bahwa pada tahun 2022 terdapat lebih dari 21.000 pabrik desalinasi air laut, dengan produksi global harian sebesar 99 juta m³/hari air desalinasi. Namun, volume produksi ini juga menghasilkan lebih dari 150 juta m³/hari limbah brine. Brine adalah air laut yang sedikit terkonsentrasi yang dibuang kembali ke laut. Kandungan garam brine kira‑kira 60 g/l untuk air laut dengan 40 g/l, sementara suhu brine sedikit lebih tinggi beberapa derajat Celsius dibandingkan air laut.
Penelitian masa depan harus menginvestasikan waktu dan sumber daya untuk menemukan cara yang lebih ramah lingkungan. Penggunaan tenaga surya dalam menjalankan pabrik ini secara signifikan mengurangi jejak karbon fasilitas tersebut. Namun penelitian selanjutnya harus memastikan hampir semua input air laut diubah menjadi air minum bersih. Ini akan memastikan bahwa tidak ada penolakan berbahaya yang muncul sebagai produk sampingan.
Mekanisme transportasi dan distribusi yang berhasil akan memastikan bahwa air ini melampaui negara‑negara yang terletak di pesisir dan mencapai daerah kering, gersang yang tidak memiliki sumber air minum signifikan di dekatnya.
