Bagaimana Cahaya dapat Menguapkan Air?

Mahsun saleh S.Si

0 Comment

Link

Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa peneliti dibuat bingung ketika menemukan bahwa air dalam percobaan mereka, yang disimpan dalam bahan seperti spons yang dikenal sebagai hidrogel, menguap pada tingkat yang lebih tinggi daripada yang bisa dijelaskan oleh jumlah panas, atau energi termal. Bagaimana Cahaya dapat Menguapkan Air?

Baca juga: Desalinasi (Pemurnian Air Laut) Menggunakan Panel Surya

Setelah melakukan serangkaian eksperimen dan simulasi baru, serta mengkaji ulang beberapa hasil dari berbagai kelompok yang mengklaim telah melampaui batas termal, tim peneliti di MIT mencapai kesimpulan yang mengejutkan: Dalam kondisi tertentu, pada antarmuka tempat air Saat bertemu dengan udara, cahaya dapat langsung menyebabkan penguapan tanpa memerlukan panas, dan bahkan lebih efisien daripada panas.

Temuan ini dipublikasikan dalam sebuah makalah di PNAS, oleh postdoc MIT Yaodong Tu, profesor teknik mesin Gang Chen, dan empat orang lainnya. Fenomena ini mungkin berperan dalam pembentukan dan evolusi kabut dan awan, sehingga penting untuk dimasukkan ke dalam model iklim untuk meningkatkan akurasinya, kata para peneliti. Dan hal ini mungkin memainkan peran penting dalam banyak proses industri seperti desalinasi air bertenaga surya, dan mungkin memungkinkan alternatif untuk mengubah sinar matahari menjadi panas terlebih dahulu.

Tetapi, Air tidak Menyerap Cahaya!

Temuan baru mengejutkan, karena air sendiri tidak menyerap cahaya secara signifikan. Itu sebabnya kita dapat melihat dengan jelas melalui air bersih setinggi beberapa kaki hingga permukaan di bawahnya.

Jadi, ketika tim pertama kali mulai mengeksplorasi proses penguapan matahari untuk desalinasi, pertama-tama mereka memasukkan partikel bahan penyerap cahaya berwarna hitam ke dalam wadah berisi air untuk membantu mengubah sinar matahari menjadi panas. Kemudian, tim tersebut menemukan hasil kerja kelompok lain yang telah mencapai laju penguapan dua kali lipat batas termal yang merupakan jumlah penguapan tertinggi yang dapat terjadi untuk masukan panas tertentu, berdasarkan prinsip fisika dasar seperti konservasi energi.

Di laboratorium ujicoba, mereka memantau permukaan hidrogel, matriks mirip JELL-O yang sebagian besar terdiri dari air yang diikat oleh kisi-kisi membran tipis seperti spons. Mereka mengukur responsnya terhadap simulasi sinar matahari dengan panjang gelombang yang dikontrol secara tepat.

Para peneliti memaparkan permukaan air dengan warna cahaya berbeda secara berurutan dan mengukur laju penguapan. Mereka melakukan ini dengan menempatkan wadah berisi hidrogel yang berisi air pada skala dan secara langsung mengukur jumlah massa yang hilang karena penguapan, serta memantau suhu di atas permukaan hidrogel. Lampu-lampu tersebut dilindungi untuk mencegah panas berlebih. Para peneliti menemukan bahwa efeknya bervariasi berdasarkan warna dan mencapai puncaknya pada panjang gelombang cahaya hijau tertentu.

Ketergantungan warna seperti itu tidak ada hubungannya dengan panas, sehingga mendukung gagasan bahwa cahaya itu sendirilah yang menyebabkan setidaknya sebagian penguapan. Para peneliti mencoba menduplikasi laju penguapan yang diamati dengan pengaturan yang sama tetapi menggunakan listrik untuk memanaskan material, dan tanpa cahaya. Meskipun input termalnya sama dengan pengujian lainnya, namun jumlah air yang menguap tidak pernah melebihi batas termal. Namun, hal tersebut terjadi saat simulasi sinar matahari menyala, dan memastikan bahwa cahaya adalah penyebab penguapan ekstra tersebut.

Fotomolukuler

Meskipun air itu sendiri tidak menyerap banyak cahaya, begitu pula bahan hidrogel itu sendiri, ketika keduanya digabungkan menjadi penyerap yang kuat, kata Chen. Hal ini memungkinkan material memanfaatkan energi foton matahari secara efisien dan melampaui batas termal, tanpa memerlukan pewarna gelap untuk penyerapan.

Setelah menemukan efek ini, yang mereka sebut sebagai efek fotomolekuler, para peneliti kini mencari cara untuk menerapkannya pada kebutuhan dunia nyata.

Penelitian ini mendapat hibah dari Lab Sistem Air dan Makanan Abdul Latif Jameel untuk mempelajari penggunaan fenomena ini dalam meningkatkan efisiensi sistem desalinasi bertenaga surya, dan Hibah Bose untuk mengeksplorasi dampak fenomena tersebut terhadap pemodelan perubahan iklim. Tim peneliti juga termasuk Jiawei Zhou, Shaoting Lin, Mohammed Alshrah, dan Xuanhe Zhao, semuanya di Departemen Teknik Mesin MIT.

Jurnal Referensi:

Yaodong Tu, Jiawei Zhou, Shaoting Lin, Mohammed Alshrah, Xuanhe Zhao, Gang Chen. 2023. Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (45) DOI: 10.1073/pnas.2312751120

Tags:

Share:

Related Post

Tinggalkan komentar