Oleh: Heru Setyawan
Kelangkaan air telah menjadi ancaman serius yang terus meningkat terhadap masyarakat, yang memengaruhi lebih daripada 2 milyar orang. Angka ini diproyeksikan akan terus bertambah karena pertumbuhan penduduk, polusi air dan perubahan iklim. Persatuan Bangsa-Bangsa (PBB) telah mencanangkan 17 tujuan pembangunan berkelanjutan (Sustainable Development Goals; SDGs), yang salah satunya adalah terkait dengan air bersih dan sanitasi (SDG 6). Penyediaan air bersih dengan cara yang berkelanjutan dan murah telah menjadi salah satu tantangan global terbesar. Di Indonesia sendiri, dalam Rencana Pembangunan Jangka Menengah 2020-2024 (RPJMN 2020-2024), menyatakan bahwa hanya 6,87% rumah tangga mempunyai akses ke air minum aman.
Beberapa sistem pengolahan air industri saat ini telah sangat matang, antara lain: teknologi berbasis termal dan teknologi berbasis membran. Akan tetapi, teknologi berbasis termal, mis.: distilasi multi-tahap dan kompresi uap, sering membutuhkan infrastruktur besar dan terpusat, yang membutuhkan energi besar dan tidak dapat diakses masyarakat terpencil. Teknologi berbasis membran (mis.: reverse osmosis; RO) telah menunjukkan kemajuan yang luar biasa dalam penyediaan sistem pengolahan air pemakaian di tempat dan skala rumah tangga. Akan tetapi, masih ada tantangan terkait dengan harga dan selektivitas terhadap spesies tertentu yang terkandung dalam air (mis.: nanopartikel, oxoanion anorganik beracun, molekul organik kecil), permeabilitas terbatas dan penyumbatan.
Guo dan Yu, dalam Editorial ACS Materials Letters bulan Maret 2022, meninjau pendekatan yang berbeda untuk pengolahan air berdasarkan pada inovasi bahan yang akan mempercepat teknologi air berkelanjutan. Menurut mereka, pendekatan yang diadopsi harus mempertimbangkan distribusi sumber air, kondisi kualitas air, status ekonomi dan tingkat perkembangan masyarakat. Teknologi air berkelanjutan yang diadopsi bisa metode konvensional (mis.: filtrasi) dan strategi yang baru muncul (mis.: desalinasi dan pemurnian yang didorong sinar matahari) dan memanen air dari udara.
Inovasi bahan pada pendekatan berkelanjutan untuk akses aman terhadap air bersih sangat dibutuhkan dan memerlukan usaha penelitian global. Mereka meninjau artikel yang dipublikasikan di ACS Materials Letters dan Chemistry of Materials dalam kurun waktu tiga tahun terakhir yang mewakili bahan baru yang dapat dipadukan kedalam proses fisika, kimia dan biologi untuk mengolah air laut, air limbah, air payau, air hujan dan memanen air dari udara.
Masyarakat peneliti mempunyai tempat duduk pada baris depan terhadap kekuatan teknologi filtrasi pemisahan kontaminan dari sumber air karena tuntutan energi rendah yang telah dilakukan. Bahan fungsional baru yang meliputi kurungan logam-organik, kerangka organik kovalen, kerangka logam-organik telah diterapkan dalam susunan filtrasi sederhana atau dipadukan dengan polimer untuk menjerap atau menolak polutan organik dan ion dari air. Sesuatu yang khususnya penting adalah fakta bahwa ukuran pori-porinya dapat diatur dengan baik melalui penggantian gugus fungsi kimia dari bahan untuk mengatasi batasan yang saling menguntungkan permeabilitas-selektivitas dalam membran konvensional. Metode alternatif, seperti penyusunan sendiri dan polimerisasi radikal yang dimediasi elektrokimia, dapat juga diadopsi untuk membuat membran kopolimer dengan ukuran pori-pori yang diatur. Selain itu, rekayasa molekuler permukaan membran menggunakan biomolekul, sikat polimer bermuatan listrik, dan gugus fungsi yang memungkinkan kemampuan luar biasa untuk menyisihkan kontaminan molekuler kecil, pintu responsif untuk ultrafiltrasi, dan sifat anti tersumbat. Aspek lain meningkatkan selektivitas terhadap toksin target dalam air adalah melihat hubungan sifat-struktur-kinerja bahan fungsional. Sebagai contoh, polimer dapat disintesis menjadi bentuk yang diinginkan dengan struktur nano yang dapat disetel halus, yang menunjukkan luas kontak besar untuk mikrofiltrasi cepat untuk mengeluarkan komponen besar (mis.: bakteri) dan kontaminan nanopartikulat. Struktur yang diinspirasi bio, mis.: kayu, juga telah didemonstrasikan dengan kemampuan pemisahan pewarna organik yang luar biasa.
Sebagai sebuah sumber energi yang berlimpah dan berkelanjutan, energi sinar matahari telah banyak dieksploitasi untuk desalinasi air laut dan pemurnian air. Inovasi bahan agar memungkinkan pemanfaatan energi sinar matahari tinggi untuk pemurnian air yang didorong sinar matahari telah menerima perhatian penelitian yang meningkat akhir-akhir ini. Interaksi antara molekul air dan bahan polimer berpori-pori dijelaskan untuk merancang evaporator sinar matahari dengan laju penguapan air tinggi dan tahan lama.
Pendekatan yang baru muncul lainnya untuk produksi air bersih desentralisasi adalah memanen uap air langsung dari udara. Penangkapan kelembaban menghilangkan kebutuhan badan air besar, yang memperlebar implementasinya, tanpa peduli kondisi geografi dan hidrologi. Agar bisa memanen kelembaban, bahan penyerap (sorbent) harus memiliki afinitas tinggi terhadap uap air pada rentang kelembaban relatif yang lebar dan mengizinkan pelepasan yang mudah air yang tertangkap dengan input energi rendah. Pemahaman sifat bahan, yang pada akhirnya memengaruhi perpindahan panas dan massa, dapat membantu untuk merancang bahan penyerap dengan serapan air tinggi, kinetika penangkapan dan pelepasan air cepat, maupun stabilitas dan durabilitas tinggi. Banyak bahan higroskopis telah dieksplorasi untuk menunjukkan kemampuan penangkapan uap air seperti silica gel, zeolit, kerangka organik logam, garam, polimer, dan kombinasinya. Gel polimer higroskopis dengan perilaku perubahan fase yang didorong panas telah menunjukkan potensinya untuk kapasitas penangkapan kelembaban tinggi dan pelepasan air mudah. Bahan tersebut dapat juga diterapkan untuk pertanian berkelanjutan dan lainnya.
Elkimkor 