Penelitian baru dari Northwestern University secara sistematis membuktikan bahwa sedikit aliran listrik dapat memperkuat garis pantai laut untuk generasi mendatang yang secara signifikan mengurangi ancaman pengikisan di tengah perubahan iklim dan naiknya permukaan laut.
Dalam studi ini, para peneliti terinspirasi oleh kerang, remis, dan kehidupan laut lainnya yang menggunakan mineral terlarut dalam air laut untuk membangun cangkangnya.
Dengan cara serupa, para peneliti memanfaatkan mineral terlarut alami yang sama untuk membentuk semen alami di antara butiran pasir yang terkena air laut. Namun, alih-alih menggunakan energi metabolik seperti moluska, para peneliti menggunakan energi listrik untuk memicu reaksi kimia tersebut.
Dalam eksperimen laboratorium, aliran listrik yang ringan langsung mengubah struktur pasir laut, mengubahnya menjadi padatan yang mirip batu dan tak bergerak. Para peneliti berharap strategi ini dapat menawarkan solusi yang bertahan lama, murah, dan berkelanjutan untuk memperkuat garis pantai di seluruh dunia.
Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Communications Earth and the Environment, yang diterbitkan oleh Nature Portfolio.
Lebih dari 40% populasi dunia tinggal di daerah pesisir. Karena perubahan iklim dan naiknya permukaan laut, erosi menjadi ancaman besar bagi komunitas ini. Melalui kerusakan infrastruktur dan hilangnya lahan, erosi menyebabkan kerugian miliaran dolar per tahun di seluruh dunia. Pendekatan saat ini untuk mengurangi erosi melibatkan pembangunan struktur perlindungan atau menyuntikkan pengikat eksternal ke dalam tanah.
Hampir 26% pantai di dunia akan hilang akibat pengikisan pada akhir abad ini, menurut studi tahun 2020.
Tembok Laut Juga Terkikis
Mulai dari badai yang semakin intens hingga naiknya permukaan laut, perubahan iklim telah menciptakan kondisi yang secara bertahap mengikis garis pantai. Menurut studi tahun 2020 oleh European commission’s Joint Research Centre, hampir 26% pantai di dunia akan hilang akibat pengikisan pada akhir abad ini.
Untuk mengatasi masalah ini, komunitas telah menerapkan dua pendekatan utama: membangun struktur perlindungan seperti tembok laut atau menyuntikkan semen ke dalam tanah untuk memperkuat substrat laut, yang sebagian besar terdiri dari pasir. Namun, ada banyak masalah yang menyertai strategi ini. Selain metode konvensional ini sangat mahal, metode ini juga tidak bertahan lama.
Mengubah Ion Menjadi Lem
Untuk menghindari masalah ini, tim mengembangkan teknik yang lebih sederhana, terinspirasi oleh karang dan moluska. Air laut secara alami mengandung banyak ion dan mineral terlarut. Ketika arus listrik ringan (2 hingga 3 volt) diterapkan ke air, ini memicu reaksi kimia. Ini mengubah beberapa konstituen ini menjadi kalsium karbonat padat—mineral yang sama yang digunakan moluska untuk membangun cangkangnya. Begitu pula, dengan sedikit tegangan lebih tinggi (4 volt), konstituen ini dapat diubah menjadi magnesium hidroksida dan hidromagnesit, mineral yang sering ditemukan di berbagai batuan.
Ketika mineral ini menyatu di hadapan pasir, mereka bertindak seperti lem, mengikat partikel pasir bersama-sama. Di laboratorium, proses ini juga bekerja dengan semua jenis pasir—mulai dari pasir silika umum dan pasir kalsium hingga pasir besi, yang sering ditemukan di dekat gunung berapi.
Setelah diperlakukan, pasirnya terlihat seperti batu. Pasirnya menjadi padat dan kokoh, bukan berbutir dan tidak kohesif. Mineral itu sendiri jauh lebih kuat daripada beton, sehingga pasir yang dihasilkan bisa menjadi sekuat dan sekokoh tembok laut.
Meskipun mineral terbentuk secara instan setelah arus diterapkan, stimulasi listrik yang lebih lama menghasilkan hasil yang lebih signifikan. Tim telah melihat hasil yang luar biasa hanya dalam beberapa hari stimulasi. Kemudian, pasir yang telah diproses seharusnya tetap di tempatnya, tanpa perlu intervensi lebih lanjut.
Ramah Lingkungan dan Dapat Dibalik
Tim memprediksi pasir yang telah diproses akan mempertahankan ketahanannya, melindungi garis pantai dan properti selama beberapa dekade.
Tim juga mengatakan tidak perlu khawatir tentang dampak negatif pada kehidupan laut. Tegangan yang digunakan dalam proses ini terlalu ringan untuk dirasakan. Peneliti lain telah menggunakan proses serupa untuk memperkuat struktur bawah laut atau bahkan memulihkan terumbu karang. Dalam skenario tersebut, tidak ada makhluk laut yang terluka.
Dan, jika komunitas memutuskan mereka tidak lagi menginginkan pasir yang telah dipadatkan, tim memiliki solusi untuk itu juga, karena proses ini sepenuhnya dapat dibalik. Ketika anoda dan katoda baterai dibalik, listrik akan melarutkan mineral—secara efektif membatalkan prosesnya.
Mineral terbentuk karena tim meningkatkan pH air laut secara lokal di sekitar antarmuka katodik. Jika anoda diganti dengan katoda, maka terjadi penurunan pH lokal, yang melarutkan mineral yang sebelumnya diendapkan.
Biaya Kompetitif, Aplikasi Sangat Luas
Proses ini menawarkan alternatif murah dibandingkan metode konvensional. Setelah menghitung biayanya, tim memperkirakan bahwa prosesnya hanya memerlukan biaya $3 hingga $6 per meter kubik tanah yang disemen secara elektrik. Metode yang lebih mapan dan sebanding, yang menggunakan pengikat untuk menguatkan pasir, bisa mencapai biaya hingga $70 untuk volume unit yang sama.
Penelitian di laboratorium Rotta Loria menunjukkan bahwa pendekatan ini juga dapat menyembuhkan struktur retak yang terbuat dari beton bertulang. Sebagian besar infrastruktur pantai yang ada terbuat dari beton bertulang, yang hancur karena efek kompleks yang disebabkan oleh naiknya permukaan laut, erosi, dan cuaca ekstrem. Dan jika struktur ini retak, pendekatan baru ini dapat menghindari kebutuhan untuk membangun kembali infrastruktur sepenuhnya. Sebagai gantinya, satu aliran listrik dapat menyembuhkan retakan yang berpotensi merusak.
Aplikasi dari pendekatan ini sangat banyak. Tim bisa menggunakannya untuk memperkuat dasar laut di bawah tembok laut atau menstabilkan bukit pasir dan mempertahankan lereng tanah yang tidak stabil. Kami juga bisa menggunakannya untuk memperkuat struktur perlindungan, fondasi laut, dan banyak hal lainnya. Ada banyak cara untuk menerapkannya dalam melindungi daerah pesisir.
Selanjutnya, tim Rotta Loria berencana untuk menguji teknik ini di luar laboratorium dan di pantai.
Referensi:
[1] https://news.northwestern.edu/stories/2024/august/fighting-coastal-erosion-with-electricity/, diakses pada 31 Agustus 2024.
[2] Landivar Macias, A., Jacobsen, S.D. & Rotta Loria, A.F. Electrodeposition of calcareous cement from seawater in marine silica sands. Commun Earth Environ, 2024 DOI: 10.1038/s43247-024-01604-3
Alumni S1 Kimia Universitas Negeri Makassar. Pengajar kimia, penulis di warstek.com.