Penelitian terkini terus menunjukkan bahwa teknologi sederhana dapat menjadi jauh lebih efisien ketika para ilmuwan menggabungkannya dengan material cerdas dan model komputasi modern. Salah satu teknologi itu adalah solar still, alat destilasi tenaga surya yang memisahkan air tawar dari air payau hanya dengan memanfaatkan panas matahari. Teknologi ini sering menjadi pilihan di daerah yang mengalami kekurangan air bersih karena biaya produksinya rendah, perawatan mudah dan energinya gratis.
Solar still biasanya berbentuk rumah kaca kecil. Matahari memanaskan air di dalamnya hingga menguap. Uap air kemudian naik, menempel pada permukaan penutup yang lebih dingin dan berubah kembali menjadi air bersih. Meski prinsipnya sederhana, kinerja solar still sering terhambat oleh produksi air yang rendah. Penyebab utamanya adalah lambatnya proses pemanasan dan pendinginan air, sehingga laju penguapan tidak maksimal.
Baca juga artikel tentang: Pahlawan Hijau yang Tersamar: Mengapa Sayuran Brassica Bisa Jadi Kunci Kesehatan Dunia
Para peneliti dalam studi ini mencoba mengatasi keterbatasan tersebut melalui pendekatan yang lebih canggih. Mereka memanfaatkan analisis dinamika fluida komputasional atau CFD dengan bantuan perangkat lunak COMSOL Multiphysics 5.6. Teknik ini memungkinkan para ilmuwan mensimulasikan bagaimana panas bergerak, bagaimana air menguap dan bagaimana berbagai material berperilaku di dalam solar still sebelum benar benar diuji secara fisik. Simulasi seperti ini menghemat waktu, biaya dan memungkinkan eksplorasi banyak skenario tanpa harus membuat perangkat berkali kali.
Tim penelitian menguji tiga variasi solar still. Model pertama adalah solar still sederhana tanpa tambahan material tertentu. Model kedua memanfaatkan phase change material atau PCM, sebuah material penyimpan panas yang dapat meleleh dan membeku sambil menyimpan energi. Model ketiga adalah solar still yang menggunakan gabungan PCM dan nanopartikel, yang mereka sebut SSNPCM. Ketiga jenis solar still itu diuji dalam simulasi dan dibandingkan dengan hasil uji eksperimen.
PCM digunakan karena memiliki kemampuan menyimpan panas lebih lama dibanding air atau logam biasa. Ketika PCM meleleh, panas diserap kemudian dilepaskan kembali saat material itu mengeras. Kemampuan ini membantu menjaga proses penguapan tetap aktif meski sinar matahari sedang berkurang intensitasnya. Dalam banyak penelitian, PCM membantu solar still menghasilkan air lebih banyak pada pagi dan sore hari.
Para peneliti tidak berhenti di situ. Mereka menambahkan nanopartikel ke dalam PCM. Nanopartikel sering digunakan dalam teknologi termal karena ukurannya yang sangat kecil membuatnya mampu menghantarkan panas lebih cepat. Ketika nanopartikel dicampurkan ke PCM, proses penyerapan dan pelepasan panas menjadi lebih efisien. Tim penelitian kemudian menyimpan campuran PCM dan nanopartikel itu ke dalam silinder tembaga kecil. Silinder tembaga dipilih karena sifatnya yang sangat baik dalam menghantarkan panas, sehingga panas matahari yang masuk ke dalam solar still dapat tersebar lebih merata.
Hasil simulasi memberikan gambaran yang sangat menarik. Pada sistem SSNPCM, perpindahan panas evaporatif tercatat sekitar 33.57 watt per meter persegi per kelvin. Nilai ini jauh lebih tinggi dibanding dua model lainnya. Solar still sederhana hanya mampu mencapai nilai 30.45 watt per meter persegi per kelvin. Perbedaan ini menunjukkan bahwa kombinasi PCM dan nanopartikel mampu membuat proses penguapan berjalan lebih cepat dan lebih stabil.
Penelitian ini juga membandingkan perpindahan panas secara konduktif dan radiasi, dua mekanisme penting dalam sistem termal. Dalam pengujian perpindahan panas konduktif, solar still dengan PCM dan nanopartikel mencatat nilai simulasi sekitar 2.2 watt per meter persegi per kelvin, sangat mendekati nilai eksperimen 2.7 watt per meter persegi per kelvin. Pada perpindahan panas radiasi, nilai simulasi sebesar 3.6 watt per meter persegi per kelvin juga sangat dekat dengan hasil eksperimen yang mencapai 3.85 watt per meter persegi per kelvin. Kedekatan hasil simulasi dan eksperimen ini membuktikan bahwa model CFD yang digunakan memiliki tingkat akurasi tinggi dan dapat diandalkan sebagai alat prediksi.
Efisiensi model SSNPCM terlihat paling unggul. Kombinasi PCM dan nanopartikel membuat solar still mampu menyimpan panas lebih lama, menghantarkan panas lebih merata dan meningkatkan penguapan secara signifikan. Teknologi ini menghasilkan kinerja lebih baik pada puncak panas siang hari serta membantu mempertahankan proses destilasi ketika intensitas cahaya menurun menjelang sore.
Penelitian ini membuka jalan baru bagi pengembangan teknologi solar still. Inovasi dalam desain dan pemilihan material dapat memberikan loncatan signifikan bagi daerah daerah yang menghadapi krisis air bersih. Solar still dengan PCM dan nanopartikel mampu meningkatkan produktivitas tanpa membutuhkan energi tambahan selain matahari. Teknologi ini tidak memerlukan bahan bakar fosil dan tidak menghasilkan emisi sehingga ramah lingkungan.
Para peneliti menekankan pentingnya penggunaan perangkat lunak simulasi seperti COMSOL dalam proses pengembangan teknologi ini. Simulasi memberikan gambaran detail mengenai bagaimana panas mengalir dan bagaimana desain tertentu memengaruhi kinerja perangkat. Dengan pendekatan ini, para ilmuwan bisa mengidentifikasi variabel paling penting lalu mengoptimalkannya sebelum melakukan pembuatan atau pengujian fisik. Hasilnya adalah proses riset yang lebih efisien dan hasil yang lebih presisi.
Solar still berpotensi besar untuk digunakan di wilayah pesisir, daerah pedesaan, pulau pulau kecil dan tempat tempat dengan ketersediaan listrik terbatas. Air payau atau air laut dapat diolah menjadi air minum tanpa teknologi kompleks. Sistem ini juga cocok untuk aplikasi darurat ketika sumber air tawar terputus akibat bencana.
Penelitian ini memperlihatkan bahwa masa depan solar still tidak berhenti pada desain tradisional. Penemuan material baru dan pemahaman lebih baik terhadap perilaku panas membuka kesempatan untuk meningkatkan kinerjanya secara besar besaran. Kombinasi PCM dan nanopartikel menjadi salah satu langkah maju yang memberikan harapan bagi solusi energi dan air berskala rendah namun berdampak besar.
Baca juga artikel tentang: Kenali 8 Tanda Tubuh Mengalami Overdosis Garam yang Bisa Mengancam Kesehatan
REFERENSI:
Sonker, Varun Kumar dkk. 2025. A CFD simulation analysis of the effects of PCM and nanoparticles stored in copper cylinders inside a solar still. Journal of Energy Storage 108, 115091.
