20 Juli 2024

Desalinasi selalu menjadi janji besar melawan kekeringan dan pada saat yang sama terlalu mahal. Sampai sekarang

4 min read

Profesor Xiao Su telah bekerja selama beberapa waktu untuk menghadapi dua krisis besar, keduanya sangat topikal, keduanya menyebar ke seluruh dunia dan keduanya tentu saja terkenal di Spanyol: energi dan air. Hal yang paling aneh adalah dia ingin melakukannya dalam satu gerakan, dengan metode yang memungkinkan kami memperkuat pasokan keran kami dengan investasi listrik minimum dan juga didukung oleh sumber terbarukan. Kedengarannya ambisius, tetapi sebenarnya tidak ada yang salah dengan upaya itu. Saat ini mereka mengklaim telah mengembangkan sistem yang mampu memurnikan air limbah dengan konsumsi energi 90% lebih sedikit daripada strategi lainnya.

A lire également : Kanada mendeteksi kasus pertama varian virus corona yang sangat bermutasi BA.2.86

Sekarang lihatlah sungai dan laut.

Apa yang Anda usulkan? Metode pemurnian yang menjanjikan untuk memisahkan air dari garam dan partikel lainnya. Dan semuanya melalui dialisis versi elektrifikasi yang memungkinkan penghematan biaya yang lebih besar dan, terutama, tagihan energi. Metode, detail teknisnya, tes yang telah dilaluinya dan yang dihadapinya mulai sekarang baru saja dirinci oleh Xiao Su dan rekan-rekannya di Institut Beckman —termasuk peneliti dan mahasiswa Nayeong Kim, penulis utama— dalam sebuah artikel yang baru saja diterbitkan di Surat Energi ACS.

Avez-vous vu cela : Kerala Guv, CM menyampaikan salam Onam kepada orang Malayalis di seluruh dunia

“Kami membutuhkan cara untuk memurnikan air minum yang hemat energi, murah, dan bermanfaat bagi masyarakat yang paling membutuhkannya,” tambah Su, Asisten Profesor Teknik Kimia dan Biomolekuler. “Saya melihat solusi kami sebagai platform untuk mengatasi krisis energi dan air.”

Elektrodialisis Terinspirasi Redoks

Perangkat yang dibuat oleh para peneliti Institut Beckman untuk metode elektrodialisis mereka.

Tujuan: menurunkan tagihan. Apa yang dicari Xiao Su dan timnya adalah metode dan teknologi yang memungkinkan air dipisahkan dari garam dan partikel lain untuk mendapatkan cairan yang dapat diminum, cocok untuk konsumsi atau irigasi tanaman. Sejauh ini tidak ada yang terlalu baru, saya tahu. Kami sudah memiliki sistem yang menghilangkan garam air dan menghilangkan kotoran dan bahan organik. Masalahnya adalah ini bukan proses yang murah. Menurut data dari Aquae Foundation, air desalinasi yang dapat dikonsumsi oleh satu keluarga beranggotakan lima orang selama setahun harganya sekitar $2.000.

Data bervariasi dari satu lintang ke lintang lainnya dan tidak masuk akal untuk berpikir bahwa itu bisa berubah dalam beberapa tahun terakhir, tetapi pada 2019 iAgua melangkah lebih jauh dan mengklarifikasi bahwa kisaran harga rata-rata untuk air desalinasi berkisar antara 0,5 dan 1,5 dolar per m3, tergantung pada wilayahnya. Tak bisa dipungkiri, sebagian besar tagihan itu digemukkan oleh investasi energi. Sekali lagi menurut Aquae, setidaknya pada tahun 2021 pabrik desalinasi dunia mengonsumsi lebih dari 200 juta kilowatt-jam (kWh) setiap hari. Di situlah para ahli dari Institut Beckman ingin membuat perbedaan, mengembangkan metode yang mengkonsumsi energi 90% lebih sedikit.

Tapi… Bagaimana mereka mendapatkannya? Dengan perubahan fokus. Air desalinasi biasanya dicapai dengan proses penyaringan atau penguapan yang memungkinkan unsur-unsur tertentu seperti natrium, klorida, bahan organik, dan berbagai “penumpang atom” dipisahkan dari sisa cairan. Xiao Su dan rekan-rekannya memilih strategi yang berbeda: elektrodialisis, sebuah metode yang—mirip dengan dialisis yang digunakan oleh pasien dengan masalah ginjal—menghilangkan partikel yang tidak diinginkan dari air. Dalam hal ini, garam dan bahan organik. Setelah dikeluarkan dari air limbah, yang tersisa adalah cairan bersih dan dapat diminum.

Nayeong Kim Dengan Perangkat Tim S
Nayeong Kim Dengan Perangkat Tim S

Nayeong Kim, salah satu penulis studi tersebut, bekerja dengan perangkat tersebut.

Sekali lagi, metode ini bukanlah hal baru. Dan sekali lagi ini juga menghadirkan beberapa kendala penting yang membebaninya dalam praktik: tagihan energinya yang tinggi, diperparah oleh biaya pemeliharaan dan penggantian membran penukar ion, bagian penting dalam elektrodialisis. Dengan tujuan mengatasi kedua kendala tersebut dan membuat proses desalinasi lebih murah, para ahli dari Institut Beckman memutuskan untuk memikirkan kembali metode konvensional.

Perubahan strategi… dan lebih sedikit biaya. Itu pada dasarnya adalah ringkasan dari apa yang telah dilakukan Xiao Su dan teman-temannya. Untuk menghemat energi, tim “menyederhanakan” proses yang memungkinkan garam dipisahkan berkat fenomena kimia yang disebut “reaksi oksidasi-reduksi” atau “redoks”, di mana elektron dipertukarkan antara atom atau molekul. “Pada tingkat fisik, memicu reaksi redoks seperti menambahkan bahan berbasis polimer khusus ke air limbah sebelum disaring dan dimurnikan,” jelas para ahli.

“Secara kimiawi, hasilnya bersifat transformatif. Alih-alih memecah molekul air menjadi elemen bermuatan positif dan negatif untuk mengekstraksi garam, reaksi redoks mengubah muatan molekul air dalam satu gerakan, mencapai tingkat pemisahan garam yang sama dengan energi 90% lebih sedikit daripada pemisahan tradisional,” kata Institut Beckman. Ini bukan satu-satunya perubahan yang mereka terapkan. Untuk mencapai penghematan ekstra, para peneliti mengubah membran penukar ion menjadi nanofiltrasi yang lebih kuat dan lebih murah.

Dan sekarang… Apa yang bisa kita harapkan? Sejauh ini, para peneliti telah menguji metode mereka di pabrik regional, dan dengan hasil yang cukup memuaskan untuk mempertimbangkan bahwa metode tersebut bekerja dengan air limbah. Sekarang tujuannya adalah mengembangkannya menjadi cairan dengan tingkat salinitas yang berbeda, di sungai, akuifer, atau laut. Untuk melangkah lebih jauh, mereka berencana memperluas bangku pengujian mereka: dari berfokus pada sampel hanya beberapa liter, mereka ingin pindah ke kolam. “Kelangkaan air adalah masalah global dan tidak akan berubah dalam sehari, tetapi kami sedang mengambil langkah menuju solusi yang layak dan terukur,” Su merayakan.

Metode yang mereka usulkan juga memiliki keunggulan ekstra. Dengan tidak memerlukan aliran energi yang besar, elektrodialisis berbasis redoks dapat digabungkan, misalnya dengan panel fotovoltaik, yang memungkinkan untuk memperkuat efisiensi energi dan daya tariknya sebagai metode yang berkelanjutan. “Kinerja positifnya di iklim panas berguna untuk menerapkannya di daerah yang dipengaruhi oleh iklim,” catat mereka di Beckman, “di mana diperlukan desalinasi berbiaya rendah dan berenergi rendah.”

Gambar-gambar: Institut Beckman

Di : Panci garam pedalaman dan Laut Tethys: bagaimana Spanyol menjadi surga garam