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 Program Lingkungan Perserikatan Bangsa-Bangsa, hampir 50 persen populasi planet, yang setara dengan hampir 4 miliar orang, mengalami kekurangan air setidaknya satu bulan dalam setahun.
Dalam proyeksi FAO yang dikutip dalam konteks artikel tahun 2024, sekitar 1,8 miliar orang diperkirakan akan tinggal di wilayah dengan kelangkaan air absolut pada 2025. Ini merupakan proyeksi historis, bukan pengukuran aktual tahun 2025.
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
Desalinasi memisahkan garam dari air. Osmosis balik sudah digunakan secara komersial dan dapat beroperasi terus-menerus dengan pengelolaan yang sesuai. Proses ini membutuhkan energi; pengotoran dan pengendapan pada membran dapat mengurangi kinerja sehingga pembersihan dan perawatan diperlukan.
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.”
Rancangan yang terinspirasi alam ini bertujuan mengurangi penumpukan garam dan kebutuhan perawatan; bukan berarti perangkat tidak memerlukan perawatan.
Air dibawa ke permukaan penguapan, lalu uapnya dikondensasikan menjadi air tawar. Rancangan tersebut membantu mengendalikan penumpukan garam, tetapi tidak menjamin efisiensi tanpa penurunan sepanjang masa pakai.
Yang menambah manfaat perangkat ini adalah penggunaan energi terbarukan, menjadikan perangkat hemat energi. Perangkat menggunakan panas matahari dan dilaporkan mencapai efisiensi konversi energi surya menjadi penguapan sekitar 93% dalam kondisi pengujian. Ini bukan efisiensi pembangkitan listrik.
Tim melaporkan produksi sekitar 20 liter air tawar per meter persegi per hari. Perbandingan lima kali lebih efisien berlaku pada pembanding yang digunakan dalam laporan tersebut, bukan seluruh sistem desalinasi komersial.
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 rancangan ini membuka peluang pengembangan lebih lanjut. Portabilitasnya berpotensi membuat perangkat dapat digunakan di wilayah terpencil dan kepulauan setelah pengujian serta pengembangan skala yang memadai.
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. Prototipe ini membutuhkan daya lebih rendah daripada pengisi daya ponsel dan dapat ditenagai panel surya kecil seharga sekitar US$50. Harga tersebut adalah harga panel, bukan harga unit desalinasi. Perangkat menggunakan listrik dan membran selektif ion untuk memisahkan garam serta partikel tanpa filter konvensional yang perlu sering diganti.
Teknik Polarisasi Konsentrasi Ion Membuat Unit Bebas Filter
Proses hasil penelitian selama satu dekade ini menggunakan medan listrik pada membran di atas dan di bawah saluran air. Membran mengalihkan ion garam dan partikel bermuatan, termasuk 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 membantu memilih konfigurasi dua tahap ICP: enam modul pada tahap pertama dan tiga pada tahap kedua, diikuti satu tahap elektrodialisis.
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.
Tim menguji prototipe di Carson Beach, Boston. Menurut laporan MIT, air hasil pengujian memenuhi pedoman kualitas air minum WHO, sementara padatan tersuspensi berkurang sedikitnya sepuluh kali lipat. Laju produksi sekitar 0,3 liter per jam dengan kebutuhan energi sekitar 20 watt-jam per liter. Hasil pengujian ini bukan jaminan untuk semua kondisi air baku.
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 menawarkan layanan teknik untuk perancangan dan pembangunan Sistem Desalinasi Reverse Osmosis Air Laut. Perusahaan melayani seluruh siklus layanan yang mencakup instalasi, ekspansi, atau retrofit.
Perusahaan, terdaftar dan diperdagangkan di Nasdaq, melakukan layanan manajemen, teknik, dan konstruksi desalinasi melalui DesalCo, yang diakui pemasok sebagai produsen peralatan asli (OEM) untuk instalasi osmosis balik air laut perusahaan.
Secara teknologi, perusahaan mengenali dua metode utama untuk desalinasi:
(i) Distilasi termal
(ii) Pemisahan membran.
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, Bahama. Instalasi Blue Hills mulai beroperasi pada Juli 2006 dengan kapasitas awal sekitar 7,2 juta galon AS per hari. Setelah perluasan, pabrik memiliki kapasitas sekitar 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.
Dalam periode historis yang dibahas artikel, kapasitas gabungan dua instalasi ACWW sekitar 3 juta galon AS 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 perkotaan dan industri.
Veolia terlibat dalam pembangunan dan pengoperasian instalasi osmosis balik air laut Sur di Oman sejak proyek tahun 2007, dengan pasokan air melalui pengaturan pengadaan bersama OPWP. Fasilitas ini disebut melayani lebih dari 600.000 orang. Veolia juga memasok solusi desalinasi bagi 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. Angka ini menggambarkan kapasitas dan penggunaan yang dilaporkan pada periode sumber, bukan produksi aktual setiap hari. Sekitar 300 juta orang diperkirakan bergantung pada desalinasi. Kuwait sangat bergantung pada desalinasi untuk pasokan air minum; ini tidak berarti seluruh penggunaan air tawarnya berasal dari desalinasi.
Namun, proyek desalinasi belum tersebar merata di seluruh dunia. Timur Tengah dan Afrika Utara merupakan kawasan penting dalam kapasitas desalinasi. Persentase regional yang dikutip bergantung pada tahun, definisi wilayah, dan jenis instalasi; angka kapasitas regional tidak boleh dibaca sebagai pangsa produksi aktual yang berlaku untuk semua tahun.
Data yang dikutip oleh observatorium ekonomi biru Eropa menyebut lebih dari 21.000 instalasi desalinasi, mencakup berbagai sumber air baku, bukan hanya air laut. Angka produksi sekitar 95–99 juta m³ per hari dan limbah pekat sekitar 142–150 juta m³ per hari berasal dari estimasi dengan tahun serta cakupan berbeda. Brine merupakan air sisa berkadar garam tinggi. Salinitas, suhu, dan bahan kimianya bergantung pada teknologi dan kondisi operasi; pembuangannya dapat merusak ekosistem jika tidak dikelola dengan baik.
Penelitian lanjutan perlu mengurangi penggunaan energi dan dampak lingkungan. Energi surya dapat mengurangi emisi operasi, tetapi tidak menjadikan seluruh siklus hidup tanpa emisi. Pemulihan air yang lebih tinggi dan pemanfaatan atau pengolahan brine dapat membantu, namun tidak otomatis menghilangkan limbah berbahaya atau kebutuhan energi tambahan.
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.
