Penyulingan air laut dengan tenaga matahari (Solar Still)

Solar Still adalah salah satu perangkat yang memanfaatkan energi matahari untuk penyulingan air laut. Seperti yang kita ketahui bahwa air laut mengandung mineral garam sehingga rasanya asin dan tidak dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan manusia seperti minum, mencuci, irigasi, dan lain-lain. Penyulingan (distilasi) air laut membutuhkan energi kalor untuk menguapkan air laut. Uap air yang dihasilkan adalah air murni (tanpa kandungan garam) yang berwujud uap. Jika uap ini diembunkan (kondensasi), maka didapatkanlah air tawar.

Gambar dibawah ini adalah skematik dari Solar Still. Perangkat ini terdiri dari atap berupa kaca sehingga memungkinakan radiasi matahari masuk ke dalam ruang perangkat. Radiasi matahari ini akan diserap oleh air asin (air laut) yang berada di bawah. Karena menerima radiasi termal dari matahari, maka temperatur air asin ini meningkat dan terjadilah penguapan. Uap air yang dihasilkan ini, akan bergerak ke atas hingga menyentuh permukaan dalam kaca. Temperatur kaca lebih rendah dibandingkan uap air yang dihasilkan dari penguapan air laut. Akibatnya terjadi pendinginan dari uap air ini sehingga terjadi pegembunan di permukaan kaca. Kaca in dirancang memiliki kemiringan tertentu sehingga embun air yang menempel di permukaan dalam kaca dapat bergerak turun karena gravitasi sepanjang kaca. Akhirnya embun air ini sampai ke ujung bawah kaca dan dikumpukna di sebuah wadah. Air dalam wadah inilah menjadi tempat air tawar yang diproduksi oleh sistem ini.

Perangkat ini dapat sangat bermanfaat untuk diterapkan di pulau-pulau kecil di mana sumber air tawarnya sangat terbatas. Solar still jenis ini pertama kali dibangun dengan kapasitas besar pada tahun 1872 oleh seorang insinyur berkebangsaan Swedia bernama Charles Wilson. Fasilitas ini dibangun di bagian utara Chile. Di saat musim panas, perangkat solar still ini dapat menghasilkan sekitar 4.9 kg air per hari untuk setiap meter perseginya. Fasilitas ini dibangun dengan total luas kaca 4450 m²  dan dapat menghasilkan 22.7 m³ air tawar setiap harinya. Sayangnya, fasiliats ini sudah tidak beroperasi sejak 1912.

(Tri Ayodha Ajiwiguna)

Mana yang lebih baik desalinasi temal atau membran (RO)?

 By: Tri Ayodha Ajiwiguna

Sebenarnya ada beberapa indeks yang bisa digunakan untuk menentukan mana yang lebih baik di antara proses desalinasi yang ada. Nah yang akan saya bahas di sini, adalah konsumsi energi spesifik, recovery rate, dan kualitas produk. Mari kita bahas satu persatu lagi

Konsumpsi energi spesifik (SEC)

Nilai SEC ini merupakan rasio antara energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan satu satuan volume air yang dihasilkan. Contoh: proses desalinasi menggunakan sistem RO memiliki SEC sebesar 2.4 kWh/m³. Karena RO ini menggunakan pompa yang secara umum menggunakan energi listrik, maka dapat dikatakan bahwa untuk mendapatkan 1 m³ air tawar dibutuhkan 2.4 kWh listrik. Sedangkan untuk desalinasi berbasis termal, energi yang dibutuhkan adalah energi termal.

Sekrang, kita bandingkan nilai SEC ini antara desalinasi termal (MSF dan MED) dan desalinasi membran (RO) untuk mendapatkan dari tawar dari air laut.

• MSF memiliki SEC antara 19-27 kWh/m³
• MED memiliki SEC antara 14-21 kWh/m³
• RO memiliki SEC antara 4-6 kWh/m³

Recovery rate (RR)

Recovery rate (RR) adalah ratio banyaknya produk yang dihasilkan (air tawar) dengan input yang diberikan (air laut). Jika sebuah sistem desalinasi memiliki nilai RR sebesar 40%, maka dari 100 liter air laut yang dimasukan ke dalam sistem akan dihasilkan 40 liter air tawar. Sisanya merupakan brine.

Untuk desalinasi air laut, nilai RR untuk RO berkisar antara 40-50%, sedangkan untuk desalinasi termal (MSF dan MED) berkisar antara 12-40% tergantung dari suhu saat prosesnya.

Kualitas produk

Produk utama dari sistem desalinasi adalah air tawar yang memiliki konsentrasi kurang dari 1000 ppm (usgs.gov). Sedangkan bahan baku untuk proses desalinasi adalah air laut biasanya memiliki konsentrasi sekitar 35000 ppm. Bagaimana kuliats produk dari sistem desalinasi air laut? Untuk RO, produknya berkisar antara 400-500 ppm. sedangkan desalinasi termal dapat menghasilkan produk dengan konsentrasi kurang dari 10 ppm.

Referensi:

• Renewable and Sustainable Energy Reviews 24 (2013) 343-356
• https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/008/28008685.pdf?r=1&r=1

Metode desalinasi air laut

 By: Tri Ayodha Ajiwiguna

Desalinasi adalah proses pemisahan mineral garam dari air asin (air laut atau air payau). Proses ini menghasilkan air tawar yang dapat dimanfaatkan oleh manusia, baik untuk minum, mencuci, irigasi, dan lainnya. Proses desalinasi ini setidaknya dapat dikelompokkan menjadi dua jenis, yaitu desalinasi berbasis termal dan desalinasi berbasis membran. Apa bedanya? Mari kita bahas satu per satu secara ringkas.

Desalinasi berbasis termal

MSF

(sumber gambar: http://www.roplant.or.kr/)

MED

(sumber gambar: https://www.researchgate.net/publication/339966628_Water_Treatment_and_Desalination

Proses desalinasi berbasis termal maksudnya adalah proses ini membutuhkan energi kalor (panas). Seperti yang kita ketahui bahwa air laut menjadi asin karena adanya mineral garam (NaCl) di dalamnya. Artinya air laut setidaknya terdiri dari air dan garam. Ketika air laut dipanaskan, maka selain suhunya naik, air pun mengalami penguapan. Nah yang menguap ini adalah air murni (tanpa garam). Kenapa? Karena garam memiliki titik didih yang jauh lebih tinggi dari pada air. Akibatnya air mengalami penguapan dan garam tetep di larutan air asin tersebut. Lalu bagaimana kita bisa dapatkan air tawar? Karena uap air yang terjadi adalah air murni, maka yang perlu kita lakukan adalah mengembunkan (mengkondensasikan) uap air ini dengan cara didinginkan. Embun (kondensat) inilah produk dari proses desalinasi berbasis termal. Sedangkan air laut sisanya (yang tidak/belum mengalami penguapan) menjadi produk sampingan yang memiliki konsentrasi garam yang sangat tinggi, biasa disebut dengan brine

Secara prinsip desalinasi berbasis termal cukup sederhana, akan tetapi energi yang dibutuhkan untuk proses desalinasi termal sangatlah tinggi. Kenapa? Karena kalor laten uap air itu sangat tinggi (+ 2260 kJ/kg). Oleh karena itu, dalam skala industri proses ini dibuat sedemikian rupa sehingga dengan energi kalor yang sama dapat menghasilkan air tawar lebih banyak. Contoh sistem desalinasi termal untuk skala industri adalah Multi-stage flash (MSF) dan Multi-effect Ditillation (MED).

Desalinasi berbasis membran

Proses reverse osmosis

(sumber gambar: https://www.hygromatik.com/en/waterline-reverse-osmosis-systems)

Proses desalinasi berbasis membran menggunakan membran untuk memisahakan garam dan air. Contoh desalinasi berbasis membaran adalah proses reverse osmosis (RO). Membran yang digunakan pada proses RO itu memiliki pori yang sangat kecil sehingga molekul air dapat melewati pori tesebut, tapi mineral garam tidak bisa. Membran ini disebut dengan membrane semipermeable. Jika dua larutan yang memiliki konentrasi berbeda dipisahkan oleh membran ini, maka akan terjadi perpindahan molekul air secara alami dari larutan berkonsentrasi rendah ke larutan berkonsentrasi tinggi untuk mencapai kesetimbagan kimia. Fenomena inilah yang disebut dengan osmosis. Untuk mendapatkan air tawar (larutan berkonsentrasi rendah), maka air laut (konsentrasi tinggi) harus dipaksa melawan fenomena osmosis ini hingga melewati membran tersebut. Karena membran ini hanya bisa dilewati oleh molekul air, maka hanya air (larutan berkonsentrasi rendah) yang keluar dari membran tesebut.

Secara prinsip, RO hanya membutuhkan energi untuk menyediakan tekanan tinggi. Oleh karenanya RO membutuhkan pompa bertekanan tinggi sebagai salah satu komponen utamanya.

Referensi:

Renewable and Sustainable Energy Reviews 24 (2013) 343-356

https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/008/28008685.pdf?r=1&r=1

Desalinasi

 Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Air tawar sangat penting bagi manusia untuk kehidupannya. Di permukaan bumi ketersediaan air memang melimpah, namun sebagian besarnya berada di lautan sehingga merupakan air asin yang tidak dapat digunakan untuk kebuthan dasar manusia seperti mimum, mencuci, pengairan sawah, dan lain sebagainya. Air laut menjadi asin karena didalamnya terlarut garam. Oleh karena itu pemisahan garam dari air laut dapat menghasilkan air tawar. Proses ini disebut dengan desalinasi air laut. Banyak daerah di dunia, termasuk di Indonesia, yang memiliki permasalahan keterbatasan air tawar dan bersih. Oleh karena itu desalinasi bisa menjadi salah satu solusi dari permasalahan ini.

Secara umum dsalinasi dapat dikelompokkan mejadi dua jenis, yaitu desalinasi termal dan desalinasi membran. Desalinasi termal menggunakan energi kalor prosesnya. Saat air laut dipanaskan maka terjadi proses penguapan. Uap yang dihasilkan  tidak mengandung garam sehingga apabila uap ini dikondensasikan maka menjadi air tawar. Desalinasi membran menggunakan saringan untuk memisahkan garam dan air. Secara sederhana, saat air laut melewati membran maka hanya air yang bisa melewati menbran tersebut sehingga air tawar dapat dihasilkan setelah melewati membran tersebut.

Beberapa metode desalinasi yang saat ini dikenal antara lain: distilasi, humidification-dehumidification, elektrodialisis, multi-effect distillation, multi stage flash distillation dan reverse osmosis. Dari semua metode desalinasi yang tersebut itu, reverse osmosis adalah yang paling banyak digunakan saat ini.    

keyword: desalinasi, desalination, air tawar

Mult-effect Diffussion

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

  

Multieffect Diffussion (MEDf) adalah salah satu metode pemurnian air (khusunya air laut) menjadi air tawar. Secara umum, metode ini memanfaatkan energi kalor yang mungkin terbuang pada distlasi konevensional untuk menambah produksi air tawar. Prinsip dasar dari metode ini adalah dengan meanfaatkan energi termal untuk menguapkan air. Uap yang terbentuk masih memiliki temperatur yang cukup tinggi sehingga dapat digunakan untuk menguapkan air di tahap berikutnya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 1. 

Gambar 1. Ilustrasi proses MEDf (sumber gambar: Solar Distillation System Based on Multiple-Effect Diffusion Type Still)

Pada sistem MEDf terdiri dari beberapa buah pelat vertikal yang tersusun paralel. Di bagian belakang masing masing pelat terdapat bahan berpori seperti kain (wick) untuk dapat mengalirkan air laut secara perlahan dari atas ke bawah. Memperlambat kecepatan aliran air ini dibutuhkan untuk memaksimalkan terjadinya evaporasi. Di bagian atas terdapat penampung air laut yang kemudian dialirkan melalui sumbu. Di bagian bawah terdapat penampung air tawar dan penampung air dengan konsentrasi garam yang tinggi (brine). Prosesnya berawal dari dipanaskannya pelat pailng depan (kiri) sehingga temperaturnya tinggi. Kalor pada pelat yang panas ini dimanfaatkan untuk menguapkan air laut yang mengalir melalui sumbu sehingga dihasilkan uap air. Uap air yang memiliki temperatur tinggi ini mengalami kondensasi pada pelat berikutnya. Pada saat mengalami kondensasi, uap air melepaskan kalor ke pelat tersebut sehingga temperature pelat naik. Proses yang sama terjadi pada pelat kedua, ketiga, dan seterusnya.

Sumber kalor dalam sistem ini dapat menggunakan panas buangan (heat waste), energy panas surya (solar thermal), ataupu energi kalor lainnya. Keuggulan dari sistem ini adalah konsumsi energi yang rendah dibandingkan proses termal yang lain. 

Keywords: desalinasi, desalination, multi-effect diffussion, multi-effect distillation