Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Capacitive deionization (CDI) adalah salah satu teknik purifikasi air yang ramah lingkungan, efisien secara energi, dan berbiaya rendah dibandingkan dengan teknik konvensional lainnya seperti reverse osmosis atau distilasi. Dalam beberapa tahun terakhir, CDI semakin menarik perhatian sebagai metode yang berpotensi untuk memenuhi kebutuhan air bersih yang semakin meningkat. Salah satu pendekatan inovatif dalam penelitian terbaru adalah penggunaan okara—produk sampingan dari pembuatan tahu—sebagai bahan dasar untuk menghasilkan material karbon berpori yang digunakan dalam aplikasi CDI.
Dalam penelitian ini, okara diolah menjadi karbon berpori hierarki yang didoping dengan boron dan nitrogen (BNC), yang memiliki kandungan atom hetero yang sangat tinggi serta lubang-lubang nano di seluruh permukaannya. Struktur berpori ini tidak hanya memberikan area permukaan yang sangat besar (647.0 m²g⁻¹) untuk penyerapan ion, tetapi juga menyediakan jalur transportasi ion yang melimpah untuk memudahkan akses ke seluruh permukaan internal. Dengan demikian, BNC memiliki kapasitas yang sangat baik untuk menyerap garam dari air, menjadikannya bahan yang sangat ideal untuk aplikasi CDI.
Doping boron (11,9%) dan nitrogen (14,8%) pada karbon berperan penting dalam meningkatkan polarisasi permukaan material, yang secara langsung meningkatkan kapasitansi dan kemampuan BNC untuk menyerap ion. Kandungan dopan yang tinggi ini juga memberikan keunggulan signifikan dalam hal efisiensi pengisian muatan, karena dopan boron dan nitrogen meningkatkan interaksi elektrostatik antara ion di dalam air dan permukaan material. Hal ini membuat BNC memiliki kapasitas penyerapan garam yang tinggi, yaitu 21,5 mg g⁻¹, dan efisiensi muatan sebesar 59,5% pada konsentrasi awal NaCl sekitar 500 mg L⁻¹.
Simulasi berbasis first-principle yang dilakukan dalam studi ini juga memberikan wawasan penting tentang perbedaan efek antara doping nitrogen dan kodoping boron-nitrogen pada sifat kapasitif material. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kodoping boron dan nitrogen secara signifikan meningkatkan kapasitansi kuantum dibandingkan dengan kapasitansi lapisan ganda, yang menjelaskan peningkatan performa BNC dalam aplikasi CDI. Hal ini menandakan bahwa struktur material berpori dengan dopan atom hetero berkontribusi besar terhadap peningkatan efisiensi penyerapan ion dan kapasitas penyimpanan muatan listrik.
Keunggulan BNC yang dihasilkan dari bahan dasar okara tidak hanya terbatas pada kinerjanya yang superior, tetapi juga dari segi keberlanjutan. Pemanfaatan okara, produk sampingan biomassa yang biasanya terbuang, memberikan nilai tambah yang signifikan dalam konteks ekonomi sirkular dan pengelolaan limbah. Dengan menggunakan bahan yang melimpah dan terbarukan, BNC menawarkan solusi yang lebih ramah lingkungan untuk purifikasi air dibandingkan dengan bahan karbon konvensional yang biasanya lebih mahal dan kurang berkelanjutan.
Secara keseluruhan, penelitian ini membuka jalan baru untuk pengembangan material CDI yang lebih efisien, berkelanjutan, dan berbiaya rendah. Dengan kombinasi antara struktur berpori yang unik dan kandungan dopan yang tinggi, BNC menunjukkan prospek yang menjanjikan dalam aplikasi praktis CDI untuk pengolahan air bersih. Teknologi ini tidak hanya menjawab tantangan dalam memenuhi kebutuhan air bersih, tetapi juga memberikan solusi inovatif yang selaras dengan prinsip keberlanjutan energi dan lingkungan.
