Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Dalam menghadapi tantangan global untuk memproduksi makanan secara berkelanjutan bagi populasi dunia yang terus meningkat, inovasi dalam teknologi pertanian menjadi sangat penting. Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah penggunaan plasma activated water (PAW), yang dihasilkan melalui energi terbarukan. Teknologi ini tidak hanya menawarkan solusi untuk memenuhi kebutuhan nutrisi tanaman, tetapi juga berkontribusi pada praktik pertanian yang lebih ramah lingkungan. Penelitian mengenai reaktor plasma-on-water (POWR) yang diproduksi secara digital untuk sintesis nitrat sebagai pupuk nitrogen hijau menunjukkan potensi besar dalam hal ini.
Reaktor POWR berfungsi dengan memanfaatkan interaksi antara spesies reaktif oksigen dan nitrogen yang dihasilkan oleh plasma udara dengan air. Proses ini menghasilkan nitrat (NO3-) dan spesies terkait yang merupakan nutrisi utama bagi tanaman. Keunggulan dari reaktor ini adalah kondisi operasional yang ringan, yang memungkinkan penggunaan bahan plastik dalam pembuatannya, terutama melalui strategi manufaktur digital seperti pencetakan 3D. Hal ini tidak hanya mengurangi biaya produksi tetapi juga meningkatkan fleksibilitas desain reaktor.
Konfigurasi reaktor pin-to-plate yang didukung oleh daya tinggi bolak-balik dipilih karena kesederhanaan dan efektivitasnya. Pendekatan ini memungkinkan pengoperasian yang lebih efisien dan pengendalian yang lebih baik terhadap proses produksi nitrat. Selain itu, penggunaan model termal-fluida komputasional untuk mengevaluasi desain reaktor memberikan wawasan yang berharga mengenai karakteristik operasional yang diharapkan, sehingga meminimalkan risiko kegagalan dalam tahap implementasi.
Karakterisasi eksperimental dari POWR mencakup berbagai parameter desain dan operasi, seperti jarak elektroda-air, laju aliran udara, dan tingkat tegangan. Dengan mengoptimalkan parameter-parameter ini, penelitian ini berhasil menunjukkan bahwa laju produksi nitrat berbanding lurus dengan volume plasma yang tidak berdimensi. Temuan ini sangat penting karena memberikan dasar ilmiah untuk pengembangan lebih lanjut dari teknologi ini, serta membuka jalan bagi produksi pupuk nitrogen yang lebih efisien dan berkelanjutan.
Pendekatan pembelajaran mesin yang diterapkan untuk mengekstrak dan mengkuantifikasi fitur karakteristik interaksi plasma-air, seperti volume plasma dan area antarmuka plasma-air, menunjukkan potensi besar dalam meningkatkan pemahaman kita tentang proses ini. Dengan memanfaatkan data yang dihasilkan, kita dapat mengoptimalkan desain dan operasi reaktor untuk mencapai hasil yang lebih baik. Ini adalah langkah maju yang signifikan dalam integrasi teknologi canggih dengan praktik pertanian.
Keberhasilan desain, fabrikasi, dan metode karakterisasi yang dipresentasikan dalam penelitian ini tidak hanya dapat diterapkan pada reaktor POWR lainnya, tetapi juga dapat membantu dalam produksi pupuk nitrogen sesuai permintaan dengan biaya lingkungan dan ekonomi yang rendah. Ini adalah langkah penting menuju pertanian yang lebih berkelanjutan dan efisien, yang sangat dibutuhkan di tengah tantangan perubahan iklim dan pertumbuhan populasi.
Secara keseluruhan, inovasi dalam teknologi plasma teraktif ini menawarkan harapan baru bagi sektor pertanian. Dengan memanfaatkan sumber daya terbarukan dan teknologi canggih, kita dapat menciptakan sistem pertanian yang lebih berkelanjutan dan produktif. Penelitian ini tidak hanya memberikan kontribusi pada ilmu pengetahuan, tetapi juga membuka peluang untuk aplikasi praktis yang dapat mengubah cara kita memproduksi makanan di masa depan.
