Pengolahan Air Berbasis Nano

Gelombang Air

Persediaan air minum bersih semakin berkurang untuk sebagian besar penduduk dunia, namun nanoteknologi kelak dapat memastikan tidak akan ada yang kehausan, seperti yang diungkap oleh Katharine Sanderson dalam artikelnya.

Manusia tidak bisa hidup tanpa air minum yang segar dan bersih, namun kita berada di planet di mana 97,5% air tidak berguna bagi kita.

Apa yang tersisa bagi kita untuk diminum menjadi lebih dan lebih tercemar oleh pertanian, industri dan pengelolaan air yang buruk. Pada tahun 2030, 3,9 miliar orang (47% dari populasi yang diperkirakan) tidak akan memiliki akses ke air bersih.

Ada solusi kecil untuk masalah besar: Nanomaterial dapat memilah air logam beracun dan molekul organik yang berbahaya, atau mengubah air asin menjadi air tawar. Ada banyak solusi nanoteknologi lainnya yang masih dalam pengembangan.

“Nanoteknologi memiliki kesempatan terbaik yang kita dapat integrasikan ke dalam sistem yang ada,” kata Mamadou Diallo, seorang insinyur lingkungan di California Institute of Technology dan Korea Advanced Institute of Science and Technology.

Itu berarti, misalnya, membran ditingkatkan dengan nanopartikel yang dapat ditempatkan dengan mulus ke dalam tanaman yang digunakan dalam pengolahan air (water treatment plant).

Proyek Nametech, yang didanai oleh Komisi Eropa dan University of Applied Sciences Northwestern Switzerland, adalah meningkatkan filter yang telah digunakan di pabrik pengolahan air dengan nanopartikel yang melakukan pekerjaan spesifik.

“Kami menambahkan berbagai nanopartikel,” kata manajer proyek Thomas Wintgens dari University of Applied Sciences Northwestern Switzerland di Muttenz. Ini termasuk:

• Biomagentite, suatu mineral besi, untuk menyingkirkan molekul organik terklorinasi dan beberapa logam beracun.
• Perak untuk membunuh bakteri.
• Nanopartikel titanium dioksida untuk memecah kontaminan organik seperti hormon, obat-obatan, atau pupuk – yang mereka butuhkan untuk beroperasi adalah beberapa sinar dari cahaya pada saat berada di dalam air.
• Titanium dioksida, yang sudah banyak digunakan dalam cat dan tabir surya sehingga, pada prinsipnya, teknologi ini murah.

Nametech sedang menjalankan percobaan kecil pada tanaman untuk menguji membran. Setiap modul 20cm dapat mengolah sekitar satu meter kubik air setiap jam. Tapi, seperti halnya teknologi baru lainnya, ini perlu dibuktikan di luar lab.

Rob Lammertink dari Universitas Twente, Belanda, mengatakan bahwa ada perhatian dari industri terhadap nanoteknologi pengolahan air, tapi ini masih sangat dini.

Dia mengepalai nanoteknologi dalam konsorsium besar dari golongan air, NanoNextNL, dan memprediksi bahwa, mungkin dalam lima atau 10 tahun, nanoteknologi pengolahan air dapat digunakan dalam skala besar.

Ilmuwan lain telah mengesampingkan konservatisme industri air, dan berpikir lebih ringan untuk memastikan orang-orang tidak kehausan.

Di Afrika Selatan, teh celup sederhana telah mengilhami cara untuk membersihkan 1 liter air pada suatu waktu. Dalam mulut botol minum biasa terdapat jaring seperti teh celup yang merupakan keajaiban nanoteknologi.

Dikembangkan oleh Eugene Cloete di Universitas Stellenbosch di Afrika Selatan, bagian dalam teh celup yang dapat dibiodegradasi dilapisi dengan tipis larut air serat nano polimer yang telah diresapi dengan agen anti-mikroba dan dipintal menjadi jala halus.

Material filter mengeluarkan hampir semua bahan kontaminan – sampai dengan 99,99% bakteri. “Daun teh” di dalam jala merupakan karbon aktif, yang dapat menghisap logam berat dan kontaminan lainnya.

Namun kantong teh tetap prototipe, versi final, ditujukan bagi konsumen, masih sedang dikembangkan oleh perusahaan AquaQure. Tapi sudah ada banyak harapan bahwa filter ini bisa membuat perbedaan besar bagi kehidupan orang-orang yang tidak memiliki akses yang mudah ke air bersih.

Membersihkan air kotor bukanlah satu-satunya cara untuk memuaskan dahaga dunia. Diallo mengatakan bahwa memproduksi air segar dari pasokan air asin dunia, proses yang disebut desalinasi, akan dibuat lebih efisien dan biaya yang efektif dengan nanoteknologi.

Ini bisa menjadi keuntungan besar bagi negara-negara seperti Senegal asalnya, di mana eksploitasi air tanah secara berlebihan berarti bahwa akuifer perlu dibor. Akuifer yang lebih dalam selalu menyebabkan lebih banyak air payau.

Desalinasi mahal dan membutuhkan banyak energi. Kebalikan dari osmosis, teknologi yang saat ini disukai, menggunakan tekanan tinggi untuk memompa air yang terkontaminasi melintasi membran.

“Saat ini kami mengambil air bersih dari air laut – kita perlu untuk mengekstraksi garamnya,” kata Diallo. “Kita tidak bisa melakukan ini tanpa nanomaterial yang lebih maju.”

Air yang dihasilkan dari tanaman desalinasi termurah di dunia sekitar 31p satu meter kubik saat ini. Tapi semuanya bisa menjadi lebih murah.

Tempatkan dua pelat logam ke dalam air asin, misalnya, dan terapkan tegangan di antaranya, dan garam akan mulai memisah dari cairan. Setengah bermuatan positif dari molekul garam (dikenal sebagai ion) akan tertarik ke pelat logam bermuatan negatif dan sebaliknya.

Lapisi pelat logam dengan nanomaterial dan siklus tegangannya, dan ion garam dapat dikumpulkan dan dibuang dengan relatif efisien. nano dan nanotube karbon sedang diuji sebagai kandidat, dengan potensial memotong biaya desalinasi hingga 75%.

Diallo mengatakan bahwa perangkat kapasitansi seperti yang dijelaskan di atas adalah setidaknya 10 tahun lagi dari yang tersedia pada skala industri.

Tapi pengolahan air yang lebih terdesentralisasi memungkinkan nanoteknologi untuk memainkan peran yang lebih besar, di negara berkembang, misalnya, di mana skala besar pusat distribusi air dan jaringan pipa sudah tidak ada.

Desalinasi nanoteknologi dan perlakuan perangkat bisa langsung ke titik penggunaan, atau digunakan dalam situasi skala kecil atau darurat. “Mungkin nanoteknologi akan menyamakan lapangan bermain,” kata Diallo, sembari memberikan segelas air bersih ke semua orang.

(foto: european-coatings.com)