Eksperimental pemurni air yang dikembangkan di lab miliknya Xiaolin Zheng, adalah varian dari proses yang lebih terkenal menggunakan energi matahari untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.
Tapi, sebagai tim yang menjelaskan dalam jurnal Advanced Energy Materials, tidaklah sepenuhnya memisahkan oksigen dan hidrogen, proses baru ini mengurangi oksigen dan mengoksidasi air untuk menghasilkan hidrogen peroksida, atau H2O2, zat aktif yang efektif membunuh kuman.
Bahkan hanya diperlukan sejumlah kecil peroksida dapat memurnikan air, menurut Zheng. Hidrogen peroksida mendisinfeksi air pada tingkat puluhan bagian per juta, sekitar dua sendok makan dalam 95 liter air. Dalam pengujian menggunakan air keran, sistem yang dikembangkan oleh Stanford dengan mudah mencapai lebih dari 400 bagian per juta H2O2 dalam lima jam.
Zheng mengatakan tim harus mengubah beberapa bahan dalam proses untuk membuat campuran antara air dan hidrogen peroksida sehingga aman untuk diminum. Tapi mereka berpikir bahwa suatu hari, ketika seseorang yang tengah putus asa kehausan menemukan genangan air, bisa menggunakan pembersih air tenaga surya sederhana mereka, tuangkan ke dalam air sampai diperoleh waktu yang cukup untuk menghasilkan H2O2 melalui proses pengaktifan matahari sehingga mengubah air tawar menjadi oasis yang sesungguhnya yang aman untuk diminum.
Selain aplikasi air minum di masa depan, Zheng dan Xinjian Shi, yang memimpin proyek, juga membayangkan bahwa sistem mereka dapat diadaptasi untuk digunakan di kolam renang yang secara mandiri dimurnikan dengan hidrogen peroksida buatan tenaga surya daripada menggunakan klorin (kaporit), atau stasiun pemurnian air bertenaga surya untuk digunakan di daerah berkembang di mana air tawar adalah komoditas yang sangat berharga.
Peralatannya terdiri dari dua buah elektroda, anoda dan katoda, dicelupkan ke dalam air. Anoda terbuat dari bismuth vanadate (BiVO4), semikonduktor fotosensitif. Karbon sederhana berfungsi sebagai katoda. Ketika terkena sinar matahari, semikonduktor bismuth vanadate mengirim elektron bermuatan negatif mengalir menuju katoda, sementara pembawa bermuatan positif mengalir kembali ke arah anoda. Aliran elektron mengubah oksigen menjadi hidrogen peroksida sementara lubang bertindak untuk mengubah air menjadi hidrogen peroksida, membentuk senyawa pemurni di kedua elektroda.
Ini adalah pandangan baru tentang apa yang dikenal di kalangan teknik sebagai sistem fotoelektrokimia (PEC). Sistem PEC telah banyak dipelajari sejak tahun 1970-an karena kemampuannya untuk mengubah sinar matahari menjadi bahan bakar dan bahan kimia lain yang bermanfaat, seperti hidrogen dan oksigen. Percobaan PEC sebelumnya telah menghasilkan hidrogen peroksida tetapi tidak satu pun dari eksperimen sebelumnya yang sama suksesnya dengan penelitian ini.
“Peralatan kami adalah sistem tanpa bantuan,” kata Shi, “Memerlukan input energi nol dan hanya cahaya, air dan oksigen untuk bekerja. Air adalah ‘bahan bakar’ dari sistem kami. Bahkan, itu bekerja dengan air keran.”
Menariknya, sistem menghasilkan hidrogen peroksida di kedua sisi reaksi, di anoda dan katoda. Pada akhirnya, bahkan ada sejumlah kecil arus listrik yang tersisa, karena efisiensi reaksi kimia. Meskipun tidak banyak, energi tambahan mungkin dapat digunakan untuk menyalakan lampu LED sebagai indikator bahwa sistem berfungsi dengan baik, kata para peneliti, membuat pengguna yang kehausan meminumnya tanpa keraguan.
Para peneliti menganggap makalah ini sebagai bukti konsep dan mengatakan banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum pemurni yang menghasilkan hidrogen peroksida ini dapat digunakan secara umum. Yang paling penting, bismuth vanadate — anoda — itu sendiri beracun dan perlu diganti dengan materi fotosensitif lain yang sama.
Samira Siahrostami, salah satu penulis dalam penelitian ini dari Stanford, memilih bismut vanadate sebagai anoda untuk prototipe ini karena efisiensi dan kemampuannya menghasilkan hidrogen peroksida. Ke depannya, para peneliti berencana untuk mengidentifikasi bahan anoda lainnya yang stabil, efisien dan aman untuk pemurnian air.
Zheng dan Shi juga memperkirakan bahwa mereka mungkin mengganti katoda karbon dengan bahan yang berbeda yang juga fotosensitif (karbon tidak). Desain semacam itu akan memanfaatkan rentang lebih banyak cahaya matahari untuk lebih meningkatkan efisiensi sistem.
