Kombinasi Es dan Garam Hasilkan Metode Pembangkit Listrik Bebas Limbah yang Inovatif

Para ilmuwan telah menemukan cara sederhana untuk menghasilkan listrik tanpa menghasilkan limbah, hanya dengan memanfaatkan kombinasi es, garam, dan tekanan mekanis. Penemuan ini membuka peluang baru dalam upaya memanen energi terbarukan dari lingkungan yang membeku. Hasil penelitian ini dipublikasikan pada tanggal 15 September di jurnal Nature Materials, di mana para peneliti melaporkan bahwa potongan es asin berbentuk kerucut, dengan kandungan garam sekitar 25 persen berat, yang ukurannya lebih kecil dari sebutir lada hitam, mampu menciptakan potensi listrik sekitar 1 milivolt.

Jika susunan yang terdiri dari 2.000 kerucut kecil ini dirangkai, daya yang dihasilkan bisa mencapai sekitar 2 volt. Jumlah daya ini sudah cukup untuk menyalakan lampu LED merah kecil. Ini menunjukkan potensi besar dari material yang tampaknya sederhana ini dalam konteks energi skala mikro.

Fenomena di balik pembangkitan listrik ini dikenal sebagai efek fleksolistrik. Efek ini terjadi ketika suatu material padat menghasilkan muatan listrik ketika mengalami deformasi mekanis yang tidak seragam. Meskipun es murni menunjukkan sifat fleksolistrik yang lemah—yang mungkin terkait dengan fenomena listrik atmosfer seperti pembentukan petir—penambahan garam sebagai pengotor umum secara signifikan mengubah es menjadi generator arus listrik yang jauh lebih efisien.

Fisikawan Xin Wen dan timnya memajukan penelitian ini dengan membekukan air garam menjadi bentuk kerucut dan balok. Mereka kemudian menggunakan peralatan khusus untuk menekuk bentuk es asin tersebut sambil mengukur muatan listrik yang dihasilkan. Hasilnya menunjukkan bahwa bentuk kerucut mampu menahan gaya yang lebih besar dan menghasilkan tegangan yang lebih tinggi. Menariknya, kerucut yang ukurannya lebih kecil menunjukkan respons keluaran listrik akibat regangan yang lebih besar. Oleh karena itu, susunan kerucut-kerucut kecil ini sangat menjanjikan untuk memperkuat keluaran daya dari struktur es asin.

Mekanisme dasar yang terjadi melibatkan lapisan-lapisan nano air garam (brine) yang terperangkap di antara butiran-butiran es. Ketika es ditekuk, gradien tekanan tercipta, yang mendorong air garam bermuatan ini dari area yang tertekan menuju area yang meregang. Karena air garam mengandung ion bermuatan positif (kation), pergerakan ion-ion ini menghasilkan arus listrik yang mengalir. Efek fleksolistrik aliran ini diperkuat secara substansial berkat peran garam dalam mengubah mikrostruktur es—termasuk memperkecil ukuran butiran es, meningkatkan ketebalan saluran air garam, dan memodifikasi perilaku molekul air untuk meningkatkan sifat dielektrik serta transportasi ionik.

Meskipun keluaran listrik yang dihasilkan saat ini masih tergolong kecil, penemuan ini mengindikasikan bahwa es asin dapat berfungsi sebagai sumber daya terbarukan di lingkungan yang dingin. Potensi aplikasinya termasuk memberi daya pada sensor atau perangkat berenergi rendah. Namun, tantangan besar tetap ada jika teknologi ini ingin ditingkatkan untuk menyuplai kebutuhan elektronik sehari-hari; misalnya, untuk mengisi daya ponsel pintar mungkin diperlukan balok es asin dengan luas permukaan puluhan hingga ratusan meter persegi.

Secara keseluruhan, pemahaman baru mengenai fleksolistrik pada es yang secara alami mengandung garam ini tidak hanya memajukan solusi energi berkelanjutan yang potensial, tetapi juga memberikan wawasan berharga mengenai fenomena geofisika. Selain itu, penemuan ini dapat menjadi landasan untuk studi mengenai dunia es di tata surya kita, seperti Europa atau Enceladus, yang permukaannya tertutup oleh lapisan es asin yang luas.