Di mana pun Anda berada di dunia, Profesor Karl Linden ingin Anda dapat menyalakan keran dan menerima air minum bersih. Ini adalah dasar, tapi vital, kebutuhan yang masih hilang dari swathes besar AS dan negara-negara berpenghasilan rendah dan menengah.
"Orang-orang layak mendapatkan teknologi yang andal dan tepercaya dalam hal sesuatu yang penting seperti air," kata Linden, Profesor Pemberkahan Mortenson dalam Pembangunan Berkelanjutan di CU Boulder. "Sumber daya air semakin langka dan kita perlu memikirkan generasi berikutnya dari pilihan perawatan yang efisien dan terjangkau."
Organisasi Kesehatan Dunia memperkirakan bahwa sekitar 785 juta orang tidak memiliki akses ke filtrasi air minum dasar, membuat mereka rentan terhadap patogen seperti kolera dan disentri. Masalah ini diperkirakan akan tumbuh dalam beberapa dekade mendatang karena pertumbuhan populasi dan peningkatan stres pada ketersediaan air.
Teknologi perawatan, sementara itu, tidak banyak berubah dalam lebih dari satu abad. Bahan kimia filtrasi dan disinfektan berbasis pasir atau karbon umumnya digunakan di fasilitas kota dan kehidupan sehari-hari, dari filter Brita rumah tangga hingga tablet klorin. Kedua metode ini memiliki keterbatasan mereka, namun: Filtrasi mahal untuk dikirimkan ke masyarakat pedesaan dalam skala besar dan bahan kimia dapat menambah rasa yang tidak menyenangkan.
Karl Linden melihat budaya bakteri di laboratoriumnya. Karl Linden memeriksa peralatan untuk mendisinfeksi air minumTop: Karl Linden (kiri) memeriksa budaya bakteri dengan mahasiswa pascasarjana Tara Randall dan rekan penelitian postdoctoral Ben Ma di laboratoriumnya; bawah: Linden dan Randall memeriksa alat untuk mendisinfeksi air minum. (Ucapan kredit: Casey Cass)
Linden, anggota Departemen Teknik Sipil, Lingkungan, dan Arsitektur yang telah meneliti pengolahan air selama beberapa dekade, berfokus pada solusi yang berbeda: desinfeksi ultraviolet. Sinar UV dapat menghilangkan patogen berbahaya seperti E. dan Giardia pada skala detik dibandingkan dengan menit, tanpa efek samping yang berbahaya. Dan meskipun itu bukan ide baru — kota-kota besar seperti New York sudah menggunakan UV dalam utilitas mereka — itu adalah salah satu yang secara historis sulit untuk dibawa ke tingkat konsumen individu.
"UV telah ada selama beberapa dekade, dan digunakan dalam pengolahan air kota dan industri di seluruh dunia, tetapi potensinya untuk inovasi dan aplikasi lebih lanjut telah diperlambat karena penggunaan lampu uap merkuri yang berbahaya dan besar," kata Linden. "Tetapi kami tertarik pada sumber UV baru dengan arsitektur unik yang akan memungkinkan kami untuk memajukan teknologi yang menjanjikan ini."
Air pedesaan
Dalam beberapa tahun terakhir, Linden dan rekan-rekannya telah memfokuskan penelitian pada dioda pemancar sinar UV, yang lebih kecil (lebar milimeter), gesit dan lebih tahan lama. LED UV dapat dicurangi secara paralel, dengan dioda panjang gelombang multi-pemancar untuk memungkinkan berbagai aplikasi yang disederhanakan.
Manfaat lain: LED UV adalah "instant-on" dan tidak memerlukan waktu pemanasan sebelum mereka mulai zapping kontaminan, memungkinkan pengguna untuk menghemat uang dengan hanya menjalankan perangkat ketika mereka perlu. Air yang ditarik dari sumur, misalnya, akan dapat diminum segera setelah perawatan UV cepat tanpa rasa klorin yang tidak menaruh.
Linden dan murid-muridnya baru-baru ini menyelesaikan studi pertama sepanjang tahun di Jamestown, Colorado, membandingkan desinfeksi LED UV dengan perawatan klorin yang didirikan di kota itu. Mereka menemukan bahwa untuk kota berjumlah sekitar 500 orang tanpa pabrik air besar, teknologi UV menyediakan kemampuan desinfeksi yang sama efektifnya tanpa bahan kimia tambahan. Teknologi baru hanya menghabiskan beberapa dolar sebulan dalam listrik dan dapat berjalan langsung dari tenaga surya.
"Sistem pedesaan skala kecil adalah tempat alami untuk memulai dengan ini," kata Linden. "Mereka memiliki mayoritas pelanggaran kesehatan karena mereka biasanya tidak memiliki insinyur dan staf pengolahan air khusus. Mereka mungkin mengandalkan sistem yang tidak selalu beroperasi dengan benar. Jadi kami merasa teknologi ini adalah solusi yang bagus karena dapat dioperasikan dari jarak jauh, otonom dan didukung oleh matahari untuk mengurangi daya tarik energi."
Awal tahun ini, Linden meraih Penghargaan Inovasi Riset Air Dr. Pankaj Parekh atas prestasinya dalam kemajuan ilmu air.
Perawatan yang berlangsung
Pada tahun-tahun mendatang, langkah-langkah berikutnya dapat melibatkan mengintegrasikan LED UV langsung ke infrastruktur. Linden membayangkan keran dengan dioda yang dibangun langsung ke keran, mengaktifkan secara instan ketika Anda menyalakan air. Kelompok lab-nya telah mulai mencari cara untuk membangun dioda menjadi pipa untuk menciptakan jaringan titik disinfektan di seluruh sistem, mengurangi pertumbuhan biofilm dalam pengaturan berisiko tinggi seperti rumah sakit.
"Kami benar-benar merasa teknologi ini berkelanjutan dan siap untuk merevolusi bidang ini," kata Linden. "Kami ingin bekerja langsung dengan lebih banyak manajer air untuk memikirkan perbaikan ini, mencoba hal-hal baru dan menjembatani penelitian ke aplikasi praktis."
Secara nasional, momentum seputar masalah ini sedang dibangun. Musim gugur ini, Departemen Energi AS mengumumkan penciptaan Energy-Water Desalination Hub senilai $ 100 juta, kemitraan interdisipliner yang akan berfokus pada penelitian dan pengembangan tahap awal untuk pengolahan air hemat energi dan hemat biaya. Upaya ini akan dipimpin oleh Aliansi Nasional untuk Inovasi Air, di mana CU Boulder adalah mitra akademik pendiri.
Linden, yang akan memimpin upaya CU Boulder di bawah Hub, mengatakan bahwa penghargaan bergengsi itu menggarisbawahi minat baru dalam mengatasi keamanan air, yang selalu menjadi panggilannya.
"Saya merasa seperti sedang dalam misi untuk mendorong masyarakat ke dalam pendekatan pengobatan generasi berikutnya," katanya. "Beberapa inovasi sudah berlangsung dan mendapatkan traksi. Tetapi kami telah memiliki begitu banyak kemajuan dalam masyarakat dan teknologi seperti penginderaan jauh, analitik data, dan pemantauan real-time yang belum kami manfaatkan sepenuhnya untuk keamanan air."
Linden juga merupakan penyelidik utama untuk CU Boulder's Mortenson Center di Global Engineering pada proyek 5 tahun, $ 15.3 juta Sustainable WASH Systems Learning Partnership, yang berfokus pada mempertahankan keberhasilan implementasi sistem air oleh organisasi seperti USAID selama jangka panjang.
"Di banyak negara bersumber rendah kita melihat handpump atau sistem air dimasukkan ke dalam dan perawatan akan diatur dan bekerja untuk sementara waktu, tetapi kemudian akhirnya rusak dan kemajuannya hilang," kata Linden. "Jadi mengapa itu, dan apa yang bisa dilakukan tentang itu? Saat itulah kita perlu berpikir lebih holistik tentang sistem yang tersedia untuk mendukung layanan air berkelanjutan jangka panjang, dan teknologi yang ditingkatkan, terintegrasi dan inovatif, seperti apa yang sedang kita kerjakan di Mortenson Center, adalah salah satu aspek solusinya."
Tujuan akhir? Membawa solusi air ke dalam kehidupan sehari-hari dengan mulus di seluruh dunia.
"Anda menyalakan keran dan air keluar dan itu sudah dirawat dan Anda bahkan tidak perlu memikirkannya," katanya. "Itu cawan suci."
