Bagaimana pantai yang dialiri listrik dapat menyelamatkan pantai kita dari erosi yang merusak

Erosi pantai setelah aktivitas badai di sepanjang Gold Coast, Australia (© DavidJMorgan – stock.adobe.com)

CHICAGO — Saat masyarakat pesisir di seluruh dunia berjuang melawan ancaman erosi yang terus meningkat, para peneliti telah menemukan solusi potensial yang mengejutkan: listrik. Para ilmuwan dari Universitas Northwestern mengatakan bahwa penerapan arus listrik ringan pada pasir laut dapat menciptakan pertahanan alami dan berkelanjutan terhadap serangan gelombang dan naiknya permukaan laut.

Erosi pantai merupakan masalah global yang mendesak, dengan sekitar 40% populasi dunia tinggal di wilayah pesisir. Seiring naiknya permukaan laut dan meningkatnya badai, hampir 26% pantai di Bumi dapat lenyap pada akhir abad ini. Metode tradisional untuk mengatasi masalah ini, seperti tanggul laut dan penambahan tanah di pantai, sering kali hanya memberikan kelegaan sementara dan dapat memakan biaya besar untuk pemeliharaannya.

Kini, Alessandro Rotta Loria dari Northwestern dan timnya telah menemukan cara untuk mengubah pasir menjadi zat seperti batu, menciptakan pelindung alami bagi pantai kita yang dapat bertahan selama beberapa generasi.

“Tujuan saya adalah mengembangkan pendekatan yang mampu mengubah status quo dalam perlindungan pesisir — pendekatan yang tidak memerlukan pembangunan struktur perlindungan dan dapat merekatkan substrat laut tanpa menggunakan semen yang sebenarnya,” kata Rotta Loria dalam sebuah pernyataan. “Dengan menerapkan stimulasi listrik ringan pada tanah laut, kami secara sistematis dan mekanistis membuktikan bahwa adalah mungkin untuk merekatkannya dengan mengubah mineral yang terlarut secara alami dalam air laut menjadi pengikat mineral padat — semen alami.”

Teknik inovatif ini disebut elektrodeposisimengambil inspirasi dari arsitek alam itu sendiri: kerang, remis, dan makhluk laut bercangkang lainnya. Sama seperti moluska laut ini menggunakan mineral terlarut dalam air laut untuk membangun rumah perlindungan mereka, para peneliti memanfaatkan mineral yang sama ini untuk menciptakan semen alami di antara butiran pasir. Apa yang menarik? Alih-alih mengandalkan proses energi metabolisme yang lambat, mereka menggunakan listrik untuk memulai reaksi.

Dalam percobaan laboratorium mereka, tim tersebut menerapkan arus listrik ringan (berkisar antara 2 hingga 4 volt) ke pasir yang jenuh air laut. Hasilnya, yang dipublikasikan di Komunikasi Bumi & Lingkungansungguh ajaib. Listrik memicu reaksi kimia yang mengubah ion dan mineral alami di air laut menjadi kalsium karbonat padat—bahan yang sama yang menyusun kulit kerang laut—dan senyawa mineral lain seperti magnesium hidroksida dan hidromagnesit.

Mineral yang baru terbentuk ini bertindak seperti lem super, yang mengikat partikel pasir menjadi massa yang padat dan tidak dapat digerakkan. “Setelah diolah, pasir tampak seperti batu,” jelas Rotta Loria. “Pasir itu diam dan padat, bukannya granular dan tidak kohesif. Mineral itu sendiri jauh lebih kuat daripada beton, sehingga pasir yang dihasilkan bisa menjadi sekuat dan sekokoh dinding laut.”

Para peneliti melakukan serangkaian percobaan laboratorium menggunakan sel elektrokimia yang dirancang khusus yang diisi dengan pasir silika dan air laut buatan. Dengan memvariasikan tegangan yang diberikan, kepadatan pasir, dan durasi perawatan listrik, mereka dapat mengamati bagaimana kondisi yang berbeda memengaruhi pembentukan dan distribusi endapan mineral di dalam pasir.

Hasilnya sangat mengejutkan. Bergantung pada tegangan yang diberikan, para peneliti mengamati pembentukan berbagai jenis mineral. Pada tegangan yang lebih rendah, kalsium karbonat (material yang sama yang ditemukan pada kerang laut dan terumbu karang) merupakan endapan utama. Saat tegangan meningkat, magnesium hidroksida menjadi lebih umum. Yang mengejutkan, tim tersebut juga menemukan pembentukan hidromagnesit, mineral yang sebelumnya tidak diamati dalam studi elektrodeposisi serupa.

Endapan mineral ini tidak hanya melapisi partikel pasir; mereka membentuk jembatan di antara partikel-partikel tersebut, yang secara efektif menciptakan material yang kohesif dan menyerupai batu dari apa yang sebelumnya merupakan pasir lepas. Kekuatan “batuan” yang baru terbentuk ini bervariasi berdasarkan jumlah kandungan mineral, dengan beberapa sampel mencapai kekuatan beberapa megapascal – yang sebanding dengan beton yang lemah.

Barangkali yang paling penting, proses elektrodeposisi mengurangi permeabilitas pasir secara signifikan. Dalam beberapa kasus, konduktivitas hidrolik (ukuran seberapa mudah air dapat mengalir melalui material) menurun hingga satu tingkat. Hal ini dapat memiliki implikasi yang mendalam untuk mengurangi erosi, karena akan membuat pasir yang diolah jauh lebih tahan terhadap infiltrasi air dan efek pengikisan gelombang dan arus.

Implikasi dari penemuan ini sangat luas. Metode perlindungan pantai tradisional, seperti membangun tanggul laut atau menyuntikkan semen ke dalam tanah, tidak hanya mahal tetapi juga sering kali merupakan solusi sementara. Tanggul laut itu sendiri dapat terkikis, dan pasir di bawahnya dapat mencair, menyebabkan struktur bernilai jutaan dolar ini tenggelam ke dalam tanah yang seharusnya dilindungi. Sebaliknya, metode elektrodeposisi bekerja dengan alam, memperkuat struktur pantai yang ada dari dalam.

Terlebih lagi, proses ini sangat hemat biaya. Para peneliti memperkirakan bahwa menyemen satu meter kubik pasir secara elektrik akan menelan biaya antara $3 hingga $6, dibandingkan dengan hingga $70 untuk metode konvensional yang menggunakan bahan pengikat. Proses ini juga ramah lingkungan dan dapat dibalik—jika diperlukan, proses ini dapat dibatalkan hanya dengan mengganti elektroda.

Namun, mungkin aspek yang paling menarik dari penelitian ini adalah potensinya untuk diterapkan secara luas. Selain memperkuat pantai, teknik ini dapat digunakan untuk menstabilkan bukit pasir, memperkuat dasar laut di bawah bangunan yang ada, dan bahkan memperbaiki retakan pada infrastruktur beton bertulang di sepanjang pantai.

Namun, seperti halnya teknologi baru lainnya, ada tantangan yang harus diatasi sebelum metode ini dapat diterapkan secara luas. Para peneliti mencatat bahwa proses ini sensitif terhadap variabel seperti kepadatan pasir dan konsentrasi ionik di air laut. Peningkatan skala dari kondisi laboratorium ke pantai dunia nyata akan memerlukan studi dan penyempurnaan lebih lanjut.

Meskipun ada rintangan ini, harapan dari pendekatan ini jelas. Karena perubahan iklim terus mengancam wilayah pesisir dengan naiknya permukaan air laut dan badai yang lebih sering terjadi, solusi inovatif seperti elektrodeposisi dapat memainkan peran penting dalam melindungi pantai kita. Dengan memanfaatkan kekuatan listrik dan mineral yang secara alami ada di air laut, kita mungkin telah menemukan cara untuk bekerja sama dengan alam, bukan melawannya, dalam perjuangan kita yang sedang berlangsung melawan erosi pantai.