Apa Itu Graphene, Bahan Ajaib Solusi Pengganti Pembuatan Air Minum Desalinasi yang Boros Energi?

Liputan6.com, Jakarta - Setiap orang pasti pernah bertanya-tanya tentang bagaimana penyediaan air bersih untuk kebutuhan minum yang diambil dari sumber alam. Apalagi dengan ketersediaan air di wilayah yang dekat lautan, para ilmuwan akhirnya melakukan penelitian hingga ditemukan graphene.

Mengutip dari laman CNN, Kamis (30/11/2023), graphene adalah "bahan ajaib" yang disebut satu juta kali lebih tipis dari sehelai rambut manusia dan lebih kuat dari baja. Bahan karbon dua dimensi ini terbuat dari satu lapisan grafit, bahan yang ditambang dari tanah, sangat ringan, konduktif, dan fleksibel, serta berpotensi menghadirkan teknologi transformasional di seluruh industri, mulai dari elektronik hingga transportasi.

Kini, para peneliti di Khalifa University di Uni Emirat Arab (UEA) sedang menjajaki kegunaan lain dari graphene, yakni memproduksi air minum. "Di Uni Emirat Arab, semua air minum kami sebenarnya adalah air desalinasi, jadi ini adalah sektor yang sangat penting bagi perekonomian dan masyarakat," kata Hassan Arafat, direktur senior Pusat Penelitian & Inovasi untuk Graphene dan 2D (RIC2D) di universitas tersebut.

Desalinasi adalah proses menghilangkan garam dari air laut, dan membersihkan air agar dapat diminum. Hal ini tidak hanya penting di UEA, bahkan lebih dari 300 juta orang di seluruh dunia bergantung pada air desalinasi.

Ketika perubahan iklim dan polusi mengancam pasokan air bersih yang terbatas, jumlah tersebut akan meningkat. Namun desalinasi adalah proses yang mahal dan boros energi.

Di sinilah peran graphene. Arafat, sang kepala peneliti sedang mengerjakan membran yang disempurnakan dengan graphene yang dapat membuat prosesnya lebih efisien dan lebih murah. 

"Tahun ini, kita telah menyaksikan sejumlah besar bencana akibat perubahan iklim," kata Arafat. "Kekurangan air adalah masalah global dan semakin hari semakin parah. Mengetahui bahwa kami berkontribusi terhadap solusi masalah ini sangatlah memuaskan."

RIC2D didirikan pada 2022 di Khalifa University, dengan investasi dari pemerintah Abu Dhabi, untuk penelitian lebih lanjut mengenai inovasi graphene dan produksinya. Meskipun peran Arafat sebagai direktur senior memberinya gambaran umum tentang banyak proyek, penelitiannya sendiri terfokus pada bidang air.

Arafat mengatakan bahwa graphene dapat memperpanjang umur membran dengan mencegah "pengotoran", yang terjadi ketika bakteri menumpuk pada filter dan menurunkan kualitasnya. Menggunakan graphene untuk "meningkatkan kinerja" filter dapat membantu mengurangi penggunaan energi dan memangkas biaya desalinasi, kata Arafat.

"Bahkan dalam jumlah kecil, bahan graphene ini secara signifikan meningkatkan kinerja membran dalam hal produksi air," tambahnya. 

Saat ini dalam tahap pengembangan, membran tersebut akan diproduksi dan ditingkatkan pada tahun depan di University of Manchester, Inggris, mitra RIC2D dalam penelitian graphene, kata Arafat. Setelah itu, membran akan diuji di pabrik desalinasi.

Arafat bukan satu-satunya yang melihat graphene sebagai solusi untuk desalinasi. Perusahaan rintisan seperti Watercycle Technologies sedang mengembangkan membran yang disempurnakan dengan graphene untuk menghilangkan mineral tertentu dari air, sementara Molymem fokus pada penghilangan pewarna, namun Arafat mengklaim bahwa membran RIC2D "lebih unggul dari yang diharapkan."

Pihaknya memfilter air serupa dalam literatur akademis baru-baru ini, dan kemitraan dengan University of Manchester memungkinkan mereka meningkatkan teknologi untuk pengujian industri. RIC2D juga menjajaki aplikasi lain untuk graphene seperti bahan konstruksi berkelanjutan yang berpotensi mengurangi emisi karbon dioksida, dan solusi energi hidrogen terbarukan.

Meskipun memiliki potensi transformasional, graphene terbukti sulit dan mahal untuk diproduksi dalam skala besar. Salah satu cara untuk mewujudkannya adalah dengan menghilangkan satu lapisan grafit, yang membatasi dampaknya terhadap solusi pasar massal. 

"Namun, para peneliti di RIC2D sedang mencari cara untuk memangkas biaya dan waktu tanpa mengurangi kualitas," kata Arafat.

Metode produksi lainnya menggunakan kimia plasma untuk mengekstraksi karbon dari gas seperti metana -gas rumah kaca yang terdiri dari karbon dan hidrogen- yang merupakan produk sampingan dari industri minyak dan gas. UEA adalah salah satu produsen minyak terbesar di dunia, dan sekitar 30 persen PDB negara tersebut berasal dari hidrokarbon.

Namun, UEA berkeinginan untuk mendiversifikasi perekonomiannya dan menargetkan nol emisi pada 2050. Graphene dapat membantu kedua ambisi tersebut. RIC2D pun berkolaborasi dengan startup Inggris Levidian, yang mengembangkan proses kimia plasma sendiri untuk mengekstrak karbon dari metana.

Dengan memanfaatkan rantai pasokan UEA, terdapat "Peluang besar untuk mempercepat adopsi graphene dalam mendukung perubahan iklim," kata James Baker, CEO Graphene@Manchester, pusat inovasi graphene di University of Manchester, yang bermitra dengan Khalifa University mendirikan laboratorium RIC2D pada 2022.​ Jadi, apakah graphene benar-benar akan menjadi solusi? Masyarakat dunia akan melihat kembali perkembangannya.