Dalam sebuah terobosan yang dapat mengatasi kelangkaan air di berbagai tempat di dunia, para ilmuwan telah mengembangkan sebuah cara yang lebih efisien untuk mengubah air laut menjadi air tawar.
Proses untuk mengubah air laut – di mana kandungan garamnya tinggi – menjadi air tawar yang dikenal dengan desalinasi, telah ditemukan dengan berbagai cara. Tetapi salah satu yang paling efektif adalah desalinasi membran. Dalam metode ini, air didorong melalui sebuah membran tipis yang memiliki pori-pori berukuran sangat kecil. Air dapat mengalir melalui pori-pori, sementara ion garam tidak bisa.
Dalam penelitian terbarunya, Barati Farimani mengeksplorasi potensi dari sebuah membran dari jenis baru, yang disebut metal-organic framework (MOF).
“Membran ini terdiri dari inti logam dan senyawa organik,” kata Barati Farimani. Senyawa organik dan logam terhubung dalam pola pentagonal, meninggalkan lubang di tengah yang berfungsi sebagai pori-pori. “Jika Anda dapat melihatnya, mereka seperti sarang madu,” Barati Farimani menambahkan.
Ada beberapa alasan mengapa MOF lebih efektif. Pertama, sangat tipis dengan ketebalannya hanya beberapa atom saja, yang berarti ada sedikit gesekan ketika molekul air melewati pori-pori.
Selain itu, penempatan pori-pori membantu penyerapan. “Ketika Anda tidak memiliki pori-pori yang berdekatan, ada tekanan besar dari dinding terhadap molekul,” kata Barati Farimani. Ini membuat proses desalinasi menjadi kurang efisien. Untuk memahami alasannya, bayangkan saja menuangkan air ke dalam corong. Air bergerak lebih lambat melalui lubang di ujungnya karena dorongannya tertahan dinding dan sulit melewati sebuah ruang kecil.
Di sisi lain, MOF memiliki banyak pori-pori yang berdekatan. “Tidak ada tekanan dari sisi dinding,” kata Barati Farimani. “Dan itu memberinya kesempatan ini untuk melewati pori-pori dengan lebih mudah.” Bayangkan menuangkan air melalui saringan saat ini — ia bergerak jauh lebih cepat, karena ia memiliki beberapa titik keluar yang dapat dilewatinya.
MOF memiliki integritas struktural yang lebih dibandingakan dengan bahan lainnya. Pada sebagian besar material, para ilmuwan harus membuat lubang-lubang kecil untuk membuat pori-pori yang dibutuhkan, yang membatasi jumlah yang dapat dibuat per area permukaan. “Jika Anda ingin membuat pori-pori yang banyak, graphene atau MoS2 tidak dapat melakukan itu,” kata Barati Farimani. “Secara struktural mereka tidak bisa menahan tekanan.”
Tetapi berkat struktur sarang lebahnya, MOF secara intrinsik berpori-pori. Ini memungkinkan rasio pori-pori yang lebih tinggi terhadap luas permukaan. Ini juga menghemat waktu dan energi, karena pori-pori tidak perlu dibuat, atau bahkan disesuaikan ukurannya.
Perbedaan antara MOF dan membran tertentu lainnya adalah penting, baik dalam hal seberapa cepat air melewati dan seberapa banyak ion yang tertahan. Dan itu terbukti hanya dengan simulasi beberapa pori saja. Pabrik desalinasi dapat memiliki miliaran pori, meningkatkan efisiensinya secara eksponensial. “Dalam skala operasi besar, itu akan sangat besar,” kata Barati Farimani. “Bahkan sedikit peningkatan efisiensi akan berarti lompatan besar.”
Artikel Barati Farimani tentang penelitiannya diterbitkan dalam Nano Letters, jurnal ilmiah peer-review bulanan yang diterbitkan oleh American Chemical Society. Ini menambah pembicaraan yang berkembang tentang desalinasi air dan merupakan langkah maju yang penting di lapangan.
Selain dunia akademis, Barati Farimani berharap penelitiannya dapat memberikan dampak dalam kehidupan masyarakat. “Kita perlu menyediakan air bersih untuk banyak orang yang kurang mampu, seperti di Afrika atau tempat lainnya,” katanya. “Pada dasarnya itu adalah misi kita — untuk membuatnya sangat hemat energi sehingga kita memiliki desalinasi air di mana-mana.”
