Sumber ilustrasi: Magnific
18 September 2026 10.25 WIB – Sains & Technology
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [18.09.2026] Air tawar menjadi sumber daya yang semakin penting ketika pertumbuhan penduduk, perubahan iklim, dan tekanan terhadap sumber air meningkatkan risiko kekurangan air di berbagai wilayah. Perserikatan Bangsa-Bangsa memperkirakan sekitar 2,2 miliar orang di dunia masih belum memiliki akses terhadap layanan air minum yang dikelola secara aman.
Salah satu solusi yang semakin banyak digunakan adalah desalinasi, yaitu proses menghilangkan garam dan mineral dari air laut untuk menghasilkan air tawar. Wilayah dengan sumber air terbatas, mulai dari California hingga Timur Tengah, telah menggunakan fasilitas desalinasi sebagai bagian dari pasokan airnya.
Namun teknologi desalinasi konvensional masih menghadapi sejumlah masalah. Reverse osmosis menggunakan tekanan untuk memaksa air melewati membran khusus, sedangkan distilasi termal membutuhkan panas untuk memisahkan air tawar dari air laut.
Kedua metode tersebut dapat membutuhkan energi dalam jumlah besar, memerlukan pengolahan air sebelum maupun setelah proses, serta menghasilkan limbah cair dengan konsentrasi garam sangat tinggi yang disebut brine.
Pembuangan brine kembali ke laut dapat meningkatkan salinitas lokal dan menurunkan kadar oksigen. Perubahan tersebut berpotensi menciptakan kondisi yang merugikan organisme laut di sekitar lokasi pembuangan.
Para peneliti dari University of Rochester kini mengembangkan pendekatan berbeda menggunakan energi matahari. Sistem tersebut dirancang untuk menghasilkan air tawar tanpa menghasilkan brine cair sekaligus mengurangi kebutuhan bahan kimia untuk melakukan prapengolahan air.
Teknologi yang dikembangkan para ilmuwan Institute of Optics tersebut dijelaskan dalam penelitian yang diterbitkan di Light: Science & Applications. Penelitian dipimpin Chunlei Guo, profesor optik dan fisika sekaligus ilmuwan senior di Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester.
Inti sistem tersebut berupa panel yang terbuat dari logam hitam dengan permukaan yang dimodifikasi menggunakan laser femtosekon. Femtosekon merupakan satuan waktu yang sangat singkat, setara dengan seperkuadriliun detik.
Pulsa laser ultracepat digunakan untuk membentuk struktur mikroskopis secara presisi pada permukaan logam. Struktur tersebut mengubah cara material berinteraksi dengan cahaya sekaligus air.
Setelah diproses menggunakan laser, logam mampu menyerap sinar matahari dengan sangat efektif. Permukaannya juga memperoleh sifat superwicking, yaitu kemampuan membuat air menyebar dengan cepat di sepanjang permukaan daripada membentuk tetesan.
Setiap panel memiliki wilayah aktif yang telah diproses menggunakan laser. Bagian tersebut menarik lapisan air laut yang sangat tipis ke seluruh permukaannya.
Logam hitam kemudian menyerap hampir seluruh radiasi matahari yang datang. Energi tersebut memanaskan lapisan air hingga terjadi penguapan, sementara air yang telah menguap dapat dikumpulkan sebagai air tawar.
Masalah muncul karena air yang menguap meninggalkan garam dan berbagai mineral terlarut. Jika material tersebut terus menumpuk pada wilayah penguapan, permukaan akhirnya dapat tertutup kerak.
Penumpukan mineral merupakan salah satu kendala utama sistem desalinasi termal surya. Lapisan garam yang semakin tebal dapat menghambat pergerakan air, mengurangi penyerapan energi, dan akhirnya menghentikan proses desalinasi.
Untuk mengatasinya, sistem University of Rochester tidak membiarkan garam tetap berada di wilayah aktif. Struktur permukaan panel dirancang agar garam dan mineral bergerak menuju sisi panel yang tidak diproses dengan laser, yang disebut wilayah pasif.
Pemindahan tersebut menjadi penting ketika sistem digunakan dengan air laut sungguhan. Menurut Guo, banyak sistem desalinasi termal surya sebelumnya menunjukkan hasil baik di laboratorium karena pengujiannya menggunakan air laut buatan sederhana yang terutama terdiri atas air dan natrium klorida.
Ketika air menguap, natrium klorida cenderung membentuk kristal dengan struktur berbutir dan relatif berpori. Air masih dapat bergerak melalui kristal tersebut sehingga sebagian garam yang menumpuk dapat larut kembali.
Air laut alami jauh lebih kompleks. Selain natrium klorida, terdapat magnesium, kalsium, dan berbagai senyawa terlarut lainnya.
Sebagian mineral tersebut dapat membentuk endapan keras dan padat yang memiliki sedikit pori. Endapan semacam ini menyerupai kerak mineral yang perlahan terbentuk pada kepala pancuran atau teko.
Masalah pada sistem desalinasi jauh lebih besar karena konsentrasi garam dalam air laut mencapai ratusan kali lebih tinggi dibandingkan air keran biasa. Akumulasi kerak akhirnya dapat menghambat aliran air dan menyumbat sistem.
Tim Guo mengatasi persoalan tersebut dengan membuat alur-alur mikroskopis pada logam hitam. Struktur tersebut dirancang agar mineral bergerak menjauh dari lokasi utama penguapan.
Para peneliti kemudian memanfaatkan fenomena fisika yang dikenal sebagai coffee ring effect atau efek cincin kopi. Fenomena tersebut dapat diamati ketika tetesan kopi mengering dan meninggalkan cincin berwarna lebih gelap di bagian tepinya.
Saat air dalam tetesan menguap, partikel yang berada di dalam cairan bergerak menuju bagian luar. Konsentrasi partikel akhirnya menjadi lebih tinggi di tepian daripada di bagian tengah.
Guo menjelaskan bahwa tim menggunakan prinsip yang sama untuk mendorong garam menuju wilayah pasif. Dengan demikian, mineral tidak membentuk kerak pada wilayah aktif yang menerima energi matahari dan menjalankan proses penguapan.
Para peneliti menguji sistem menggunakan air laut sungguhan yang dikumpulkan dari Samudra Pasifik, Atlantik, dan Hindia. Pengujian tersebut penting karena komposisi mineral air laut alami jauh lebih kompleks daripada larutan natrium klorida yang dibuat di laboratorium.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa permukaan dapat membersihkan dirinya sendiri selama menghasilkan air tawar. Garam dan mineral yang tertinggal diarahkan menuju wilayah pasif sehingga dapat dikumpulkan kemudian.
Akumulasi mineral di wilayah pasif juga tidak menurunkan efisiensi desalinasi panel. Dengan mekanisme tersebut, bagian utama yang bertugas menguapkan air tetap dapat bekerja.
Keunggulan lain muncul dari bentuk limbah yang dihasilkan. Sistem tersebut mampu mengekstraksi hampir 100 persen garam terlarut dalam bentuk padat daripada meninggalkannya sebagai brine cair berkonsentrasi tinggi.
Perubahan dari limbah cair menjadi material padat membuka kemungkinan untuk memanfaatkan kembali komponen yang sebelumnya harus dibuang. Sebagian garam, misalnya, berpotensi digunakan sebagai garam meja.
Air laut juga mengandung mineral lain yang memiliki nilai ekonomi lebih tinggi. Salah satu yang mendapat perhatian khusus adalah litium.
Litium merupakan bahan penting dalam baterai litium-ion yang digunakan pada kendaraan listrik, telepon pintar, laptop, serta berbagai perangkat elektronik. Permintaan terhadap mineral tersebut meningkat seiring berkembangnya teknologi penyimpanan energi.
Dalam penelitian terkait yang diterbitkan di Journal of Materials Chemistry A, Guo dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa panel superwicking dapat dimodifikasi untuk memisahkan litium dari campuran garam hasil desalinasi.
Para peneliti memasukkan nanopartikel hidrogen titanat ke dalam alur mikroskopis pada logam hitam. Partikel tersebut dirancang untuk secara selektif memisahkan litium dari garam dan mineral lainnya.
Menurut Guo, penambangan litium dari daratan membutuhkan energi besar dan dapat memberikan tekanan terhadap lingkungan. Karena itu, ekstraksi litium secara langsung dari air garam berpotensi menjadi jalur alternatif pada masa depan.
Tim menguji pendekatan tersebut menggunakan sampel dari Great Salt Lake. Sistem berhasil memulihkan sekitar 50 persen litium yang terdapat dalam garam yang tertinggal setelah proses desalinasi.
Temuan tersebut membuka kemungkinan bahwa fasilitas desalinasi pada masa depan tidak hanya menghasilkan air minum. Limbah mineral yang sebelumnya menjadi persoalan lingkungan berpotensi diproses menjadi sumber material bernilai ekonomi.
Namun teknologi tersebut masih berada pada tahap awal pengembangan. Sistem superwicking sejauh ini baru diperlihatkan melalui eksperimen pembuktian konsep menggunakan perangkat berukuran relatif kecil.
Guo menilai desain dasarnya dapat ditingkatkan skalanya. Tantangan berikutnya adalah menentukan apakah efisiensi, mekanisme pembersihan mandiri, dan pemisahan mineral tetap dapat dipertahankan ketika sistem dibangun dalam ukuran jauh lebih besar.
Jika berhasil dikembangkan dalam skala luas, teknologi tersebut dapat menghubungkan dua kebutuhan yang selama ini ditangani secara terpisah. Air laut dapat menjadi sumber air tawar sekaligus sumber mineral bernilai ekonomi.
Pendekatan tersebut juga berpotensi mengurangi dua tekanan lingkungan sekaligus, yaitu pembuangan brine dari fasilitas desalinasi dan dampak ekstraksi mineral seperti litium dari daratan.
Penelitian yang didukung National Science Foundation, Bill & Melinda Gates Foundation, dan Worldwide Universities Network tersebut juga melibatkan Subash Singh, Ran Wei, Luheng Tang, Tainshu Xu, dan Mingjiang Ma dari Institute of Optics.
Teknologi desalinasi surya yang dikembangkan University of Rochester menunjukkan bahwa air laut dapat diubah menjadi air tawar sambil memindahkan hampir seluruh garam terlarut menjadi material padat, sehingga menghindari pembentukan brine cair yang menjadi salah satu masalah utama desalinasi konvensional. Permukaan logam hitam superwicking yang dibuat menggunakan laser femtosekon mampu membersihkan dirinya dengan mengarahkan mineral menuju bagian pasif panel, sementara modifikasi tambahan bahkan memungkinkan sekitar 50 persen litium dipulihkan dalam pengujian menggunakan sampel Great Salt Lake. Teknologi tersebut masih berada pada tahap pembuktian konsep, tetapi jika dapat ditingkatkan skalanya, desalinasi berpotensi berkembang dari sekadar teknologi penyedia air menjadi sistem yang sekaligus memulihkan sumber daya mineral dari air asin.
Diolah dari artikel:
“Scientists turn seawater into fresh water without harmful brine” oleh University of Rochester. (njd)
Note: This article was made as part of a dedicated effort to bring science closer to everyday life and to inspire curiosity in its readers.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/09/260915100137.htm
