Teknologi Desalinasi Tenaga Surya untuk Masa Depan Arab Saudi

Oleh: Achmad Chafidz, M.Sc. (Teknik Kimia – King Saud University)

Manhajuna – Air bersih atau air tawar merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia yang mutlak di samping energi dan bahan pangan. Tanpa ketiganya manusia tidak akan bisa hidup dengan layak. Ketiga kebutuhan pokok tersebut juga bergantung satu dengan yang lain. Kelangkaan energi akan menyebabkan terjadinya kelangkaan air. Hal ini dikarenakan untuk memproduksi air (dengan desalinasi) dibutuhkan energi dalam jumlah besar, misalnya untuk desalinasi, pengolahan air limbah, pendistribution air (pompa), dll. Sebaliknya,  untuk memproduksi energi juga dibutuhkan air, misalnya cooling, PLTU, produksi minyak bumi, dll. Di sisi lain, kelangkaan air jelas akan menyebabkan kelangkaan bahan pangan. Begitu pula kelangkaan pangan akan menyebabkan standar kehidupan manusia turun yang berdampak pada kinerja, misalnya pada sektor industri energi. Hubungan di antara ketiganya inilah yang disebut dengan “The nexus of Water, Energy, and Food” (red: hubungan air, energi/listrik, pangan).

Mari kita kembali lagi kepada air bersih/air tawar. Seperti halnya kebanyakan negara Timur Tengah, Arab Saudi memiliki cadangan sumber air tawar yang sangat sedikit, bertolak belakang dengan negara Indonesia tercinta yang memiliki cadangan air tawar yang melimpah yang berasal dari danau, sungai, bawah tanah, dll. Akan tetapi, pernahkah kita yang tinggal di Saudi, mengalami kelangkaan air untuk mandi, cuci mobil, dll. Kami yakin pasti jawabannya tidak. Yang menjadi pertanyaan selanjutny adalah darimana air yang melimpah ini berasal. Sebagian besar dari kita mungkin sudah mengetahui jawabannya, iya… yaitu dengan mengkonversi air laut menjadi air tawar. Proses inilah yang biasa disebut dengan desalinasi air laut yaitu dengan cara memisahkan garam dan mineral lainnya dari air laut sehingga air aman untuk digunakan manusia dalam kehidupan sehari-hari. Tidak ada yang bisa menyangkal bahwa desalinasi merupakan satu-satunya pilihan yang dimiliki oleh negara yang wilahnya gersang seperti negara-negara Timur Tengah, di mana sumber air tawar (alami) sangatlah langka. Untuk memenuhi kebutuhan air bagi penduduknya, Arab Saudi memiliki sejumlah pabrik desalinasi skala besar yang menyumbang sekitar 24% dari total kapasitas desalinasi di dunia. Jumlah pabrik desalinasi di Arab Saudi akan terus bertambah dikarenakan naiknya tingkat permintaan akibat dari bertambahnya populasi di Arab Saudi. Meningkatnya permintaan terhadap desalinasi secara otomatis akan menyebabkan naiknya permintaan terhadap energi.

Ada banyak sekali jenis proses dari desalinasi, dan berdasarkan literatur, Reverse Osmosis (RO) dan Multi-Stage Flash distillation (MSF) merupakan proses yang paling banyak digunakan, setidaknya di Arab Saudi. Proses yang konvensional tersebut sangatlah membutuhkan energi dan biaya yang cukup besar. Di Arab Saudi, proses-proses tersebut dijalankan dengan menggunakan energi dari fossil fuel atau minyak bumi. Sebagai negara yang kaya minyak, Arab Saudi mungkin tidak punya masalah dengan persedian air tawar melalui proses desalinasi. Akan tetapi yang menjadi masalah adalah permintaan terhadap energi akan terus meningkat, sedangkan cadangan minyak bumi (yang tidak terbarukan) akan terus menipis. Hal ini pastinya akan menyebabkan krisis energi pada masa yang akan datang. Jika kita menengok kembali kepada “The nexus of Water, Energy, and Food”, terutama di hubungan antara air dan energi, krisi energi di masa depan akibat menipisnya cadangan minyak bumi akan menyebabkan masalah kelangkaan air di Saudi Arabia akan bertambah buruk. Belum lagi efek green house yang ditimbulkan dari pembakaran minyak bumi akan berdampak pada global warming (pemasan global) dan climate change perubahan iklim. Hal ini secara tidak langsung juga akan berefek pada ketersedian air tawar (alami).

Salah satu alternatif untuk mengatasi masalah air tawar dan energi secara simultan adalah dengan memanfaatkan atau menggunakan sumber energi terbarukan untuk menjalankan proses desalinasi. Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat melimpah di Arab Saudi adalah energi matahari. King Saud University (Saudi Arabia) bekerja sama dengan Nanyang Technological University (Singapore) telah mengembangkan teknologi atau sistem desalinasi dengan memanfaatkan energi matahari untuk memproduksi air bersih yang bisa diminum. Teknologi atau sistem seperti ini masih belum matang dan perlu perkembangan lebih lanjut untuk bisa dikomersialisasikan. Pada dasarnya sistem ini hanya menggunakan energi matahari untuk operasinya dengan cara mengkombinasikan photovoltaic (panel surya) dan solar-thermal collector (kolektor panas matahari). Oleh karenanya, sistem ini cocok untuk desentralisasi desalinasi karena dapat digunakan di daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh listrik, asalkan selama ada air payau atau air laut. Untuk portabilitas, sistem ini menggunakan kontainer (kargo) dengan ukuran 6 m x 2.4 m x 2.6 m untuk menampung semua peralatan atau komponen dari sistem desalinasi. Secara garis besar, sistem ini mempunyai tiga sub-sistem yang utama yaitu: sub-sistem solar-thermal, sub-sistem panel surya, dan sub-sistem distilasi membran tervakum (vacuum membrane distillation).

1. Sub-sistem panel surya (photovoltaic sistem)

Sub-sistem ini bertugas untuk menyuplai listrik yang mengoperasikan alat-alat listrik seperti pompa, katup bermotor (motorized valve), sensor, dll. Komponen-komponen pada sub-sistem ini antara lain: Panel surya, baterai, charge controller, DC/AC inverter, DC/DC converter, dll.

2. Sub-sistem solar-thermal

Sub-sistem ini terdiri dari tiga komponen utama yaitu: kolektor panas, tangki, dan pompa thermal. Jenis kolektor panas yang digunakan adalah evacuated tube collector dengan CPC (Compound parabolic concentrator). Sub-sistem ini bertugas untuk mengkoleksi panas dari sinar matahari untuk memanaskan air yang disirkulasikan melalui kolektor panas. Air panas ini nantinya akan digunakan sebagai sumber panas untuk mengoperasikan sub-sistem distilasi membran tervakum.

3. Sub-sistem distilasi membran tervakum (Vacuum membrane distillation)

Sub-sistem ini merupakan inti dari sistem desalinasi tenaga surya. Sub-sistem ini menggunakan teknologi yang disuplai oleh Memsys (Jerman). Proses Memsys merupakan teknologi desalinasi yang baru yang mengkombinasikan proses distilasi multi-efek dan proses pemisahan membran. Memsys ini menggunakan membrane hidrofobik polytetrafluoroethylene (PTFE) dengan ukuran pori sekitar 0.2 mikrometer. Suhu operasi dari Memsys adalah sekitar 50-80^oC. Proses ini bisa dikatakan hemat energi karena memanfaatkan daur ulang energi thermal secara bertingkat.

Manfaat untuk Arab Saudi

Sebagai negara  yang diberkahi oleh radiasi/panas matahari yang melimpah dan dengan masalah kelangkaan airnya, menjadikan teknologi ini sangat cocok untuk diterapkan di Arab Saudi. Pengembangan yang sukses dari teknologi ini akan berdampak positif bagi Arab Saudi. Beberapa manfaat yang didapat dari teknologi ini antara lain:

1. Teknologi ini hanya memanfaatkan energi matahari untuk operasinya, dengan demikian dapat menghemat cadangan minyak Arab Saudi. Hal ini dikarenakan sebagian besar pabrik desalinasi konvensional menggunakan minyak bumi sebagai sumber energinya.
2. Secara tidak langsung akan membantu mengurangi efek pemanasan global akibat dari pembuangan gas CO₂ yang berasal dari pembakaran minyak bumi.
3. Portabilitas dan independensi dari sistem ini menjadikan sistem ini bisa dioperasikan di daerah terpencil dengan akses yang sulit dan dapat meningkatkan taraf hidup penduduk di daerah terpencil. Hal ini mengingat sebagian besar daerah di Arab Saudi adalah berupa gurun di mana populasi penduduknya hanya terpusat pada kota-kota besar.
4. Sistem ini bisa dianggap sebagai teknologi desalinasi masa depan yang berkesinambungan dan ramah lingkungan untuk Arab Saudi di saat nanti tidak ada cadangan minyak bumi yang tersisa.

Tantangan

Di samping keuntungan-keuntungan yang dapat diperoleh dari penerapan teknologi ini ternyata masih ada banyak tantangan-tantangan yang harus dihadapi. Di antaranya yaitu, bahwa teknologi ini belum matang 100% atau masih dalam taraf perkembangan. Saat ini, sejauh yang penulis ketahui, teknologi ini masih dalam skala kecil-menengah. Arab Saudi sendiri untuk beralih ke teknologi ini secara spontan sangatlah tidak mungkin, mengingat kebutuhan air dalam negeri  yang sangat besar dan meningkat setiap tahunnya. Akan tetapi secara perlahan, peralihan dari teknologi konvensional ke teknologi desalinasi dengan menggunakan energi terbarukan, seperti energi matahari adalah sebuah keniscayaan.

Beri Komentar (via FB)