Sains & Teknologi

Sistem Transportasi Air Antigravitasi ini Terinspirasi oleh Pohon

Durasi Baca: 3 menit

Menggerakkan air secara efisien ke atas melawan gravitasi adalah prestasi besar dalam rekayasa manusia, dimana hal ini telah dikuasai pohon selama ratusan juta tahun. Dalam sebuah studi baru, para peneliti telah merancang sistem transportasi air yang diilhami pohon yang menggunakan kekuatan kapiler untuk mendorong air kotor ke atas melalui aerogel yang terstruktur secara hierarkis, di mana kemudian dapat dikonversi menjadi uap dengan energi matahari untuk menghasilkan air bersih dan segar.

Para peneliti, yang dipimpin oleh Aiping Liu di Universitas Zhejiang Sci-Tech dan Hao Bai di Universitas Zhejiang, telah menerbitkan sebuah makalah tentang transportasi air baru dan metode pembangkit uap tenaga surya dalam edisi terbaru ACS Nano . Di masa depan, metode transportasi air yang efisien memiliki aplikasi potensial dalam  pemurnian dan desalinasi air.

“Metode persiapan kami bersifat universal dan dapat diindustrialisasi,” kata Liu kepada Phys.org . “Material kami memiliki sifat yang sangat baik dan stabilitas yang baik, dan dapat digunakan kembali berkali-kali. Ini memberikan kemungkinan untuk desalinasi skala besar dan pengolahan limbah di masa depan.”

Baca juga:  Negara-negara Produsen Energi Terbarukan Terbesar di Dunia

Sistem baru ini terdiri dari dua komponen utama: aerogel ultralight yang panjang, berpori, untuk mengangkut air, dan lapisan karbon nanotube di atas aerogel untuk menyerap sinar matahari dan mengubah air menjadi uap. Sistem tertutup dalam wadah kaca. Air bergerak ke atas melalui pori-pori di aerogel karena kekuatan kapiler, yang disebabkan oleh adhesi antara molekul air dan permukaan bagian dalam pori-pori. Setelah air mencapai puncaknya, lapisan nanotube karbon yang dipanaskan matahari memanaskan air menjadi uap, meninggalkan kontaminan. Uap mengembun di sisi wadah kaca sekitarnya, membentuk tetesan air yang mengalir ke bagian bawah wadah ke reservoir untuk pengumpulan.

Air yang dicelup mengalir ke atas melalui cabang bercabang dari aerogel. 
Kredit: Xu et al. © 2019 American Chemical Society

Desain ini sangat mirip dengan yang digunakan tanaman. Tumbuhan mengandung banyak bejana xilem kecil yang menarik air dari tanah ke atas melalui cabang dan daunnya. Setelah air mencapai daun, radiasi matahari menyebabkan air menguap melalui pori-pori kecil di daun, mirip dengan generator uap surya karbon.

Baca juga:  Sebuah Planet Diketahui Selamat dari Kematian Bintang

Menciptakan sistem transportasi air seperti pohon yang efisien telah menjadi tantangan, dengan sebagian besar upaya sebelumnya menunjukkan kecepatan transportasi yang relatif lambat, jarak transportasi yang pendek, dan penurunan kinerja ketika mengangkut air limbah dan air laut dibandingkan dengan air bersih. Dengan desain aerogel yang baru, para peneliti menunjukkan peningkatan di semua area ini, mencapai kinerja aliran naik 10 cm dalam 5 menit pertama dan 28 cm setelah 3 jam. Sistem ini juga berfungsi sama baiknya dengan air bersih, air laut, air limbah, dan air tanah berpasir. Selain itu, pengumpul panas karbon mencapai efisiensi konversi energi tinggi hingga 85%.

Kunci untuk perbaikan adalah desain arsitektur aerogel yang cermat.  Untuk membuat bahan, para peneliti menuangkan bahan-bahan aerogel ke dalam tabung tembaga, yang kemudian dikenakan gradien suhu di mana ujung dingin tabung adalah dingin -90 derajat Celcius. Ini menyebabkan kristal es tumbuh dalam pola di dalam aerogel di sepanjang gradien suhu. Setelah pengeringan-beku tabung, aerogel yang dihasilkan menampilkan struktur hierarkis dengan saluran selaras radial, pori-pori berukuran mikro, permukaan bagian dalam yang kusut, dan jerat molekul. Semua struktur kecil ini berkontribusi pada kinerja aerogel yang baik.

Baca juga:  Kerang Menginspirasi Teknologi Baru Pemurnian Air dan Pembersihan Tumpahan Minyak
Perilaku transportasi air laut di PAAm-radial aerogel. Sumber: ACS Nano
Perilaku transportasi air tanah dalam aerogel aerial PAAm. Sumber: ACS Nano
Perilaku transportasi air cabang dalam aerogel aerogel PAAm. Sumber: ACS Nano

Di masa depan, para peneliti berencana untuk lebih meningkatkan kinerja sistem untuk mempersiapkan aplikasi.

“Kami berharap untuk lebih mengoptimalkan skema eksperimental dan melakukan produksi skala besar,” kata Liu. “Kami juga berharap untuk lebih meningkatkan panjang pengangkutan air, kecepatan pengangkutan air, dan efisiensi pengumpulan air, sehingga lebih handal dalam menjalankan aplikasi praktis.”

    Like
    Like Love Haha Wow Sad Angry

    Leave a Reply