Teknologi Keren yang Lindung Kota dari Sengatan Panas Berbahaya

Dari material superdingin yang mengirimkan panas ke luar angkasa hingga material yang dapat berubah bentuk dan mampu menangkis panas secara selektif, para ilmuwan saat ini menemukan strategi baru untuk mengurangi suhu di perkotaan.

Kini saatnya bersiap menghadapi panas yang memecahkan rekor. Tahun lalu merupakan tahun terpanas yang pernah tercatat dan tahun 2024 akan menjadi lebih ekstrem lagi dengan suhu yang melonjak mendekati 50 derajat Celsius di Nevada, AS, Mesir, dan Australia.

Bulan Juni lalu bahkan menandai bulan ke-13 berturut-turut dengan suhu tertinggi di dunia, dan empat hari berturut-turut di bulan Juli merupakan hari terpanas dalam sejarah yang tercatat di seluruh planet.

Suhu yang sangat panas memicu kekurangan air, merusak tanaman, membebani jaringan listrik dan memicu tekanan panas serta kematian massal yang diperkirakan menewaskan hampir 500.000 orang setiap tahunnya. Oleh karena itu para ilmuwan bekerja keras untuk mengembangkan cara-cara inovatif untuk mendinginkan kota dan mengurangi penggunaan listrik di dunia yang memanas dimana kemajuannya berkisar dari AC efisiensi tinggi hingga material khusus yang menjaga permukaan lebih dingin dibandingkan lingkungan sekitar tanpa menggunakan listrik.

Di sebagian besar AC dan lemari es, cairan dikompresi untuk memindahkan panas dari dalam ruangan atau peralatan ke luar. Namun proses ini mengeluarkan gas rumah kaca dan menghabiskan energi.

Menurut Badan Energi Internasional, secara global AC dan kipas angin listrik mengkonsumsi sekitar 20 persen listrik yang digunakan di gedung-gedung, dan badan tersebut memperkirakan bahwa jumlah energi yang dibutuhkan untuk pendingin udara di seluruh dunia akan meningkat tiga kali lipat pada tahun 2050.

Oleh karena itu, banyak peneliti berupaya mengurangi jumlah energi yang dikonsumsi AC. Salah satu solusi potensial muncul tahun lalu, ketika tim peneliti mengembangkan teknologi yang dapat membuat mekanisme pendingin agar bekerja lebih efisien, dan manfaat tambahannya adalah tidak bergantung pada cairan pendingin yang merusak lingkungan.

Emmanuel Defay, peneliti di Institut Sains dan Teknologi Luksemburg di Belvaux, beserta rekan-rekannya telah membuat perangkat yang mengandalkan pendinginan elektrokalori. Dalam proses ini, medan listrik diterapkan untuk mengubah posisi atom dalam keramik isolasi. Karena medan membatasi pergerakan atom, getarannya meningkat dan diubah menjadi panas sehingga menaikkan suhu material.

Cairan membawa panas itu ke luar. Setelah panas dihilangkan, medan tersebut dimatikan dan atom-atom dalam keramik dapat bergerak lebih bebas. Hal ini menyebabkan getarannya berkurang dan suhu keramik turun, suatu perubahan yang dapat digunakan untuk tujuan pendinginan.

Perangkat ini dirancang bekerja sama dengan perusahaan manufaktur Jepang Murata di Nagaokakyo, yang sudah memproduksi keramik jenis ini untuk ponsel, komputer, dan perangkat keras lainnya. "Hal ini akan membantu menjadikan teknologinya terukur," kata Defay seperti dilansir dari Nature edisi Selasa (27/8).

Namun Defay memperingatkan bahwa memasukkannya ke dalam produk mungkin memerlukan waktu. Ia berharap ia dan timnya dapat mengerjakan kasus-kasus khusus pertama, seperti mendinginkan baterai pada mobil listrik, dalam waktu lima tahun. Kemudian, mungkin, mereka bisa mengatasi masalah penggunaan AC pada dekade berikutnya.

Pengubah Permainan

Komponen lain yang dikenal sebagai bahan superdingin, mungkin dapat menurunkan suhu di bawah kondisi sekitar tanpa listrik. Jika semua material memantulkan sebagian sinar Matahari yang menerpanya dan semuanya memancarkan energi dalam bentuk panas, maka material yang sangat dingin mampu melakukan keduanya dengan sangat baik yaitu memantulkan sebagian besar radiasi Matahari yang terjadi dan memancarkan banyak radiasi termal. Hal ini membuat mereka lebih dingin dibandingkan suhu di sekitarnya.

"Bahan-bahan ini berpotensi membawa perubahan," kata David Sailor, direktur Sekolah Ilmu Geografis dan Perencanaan Kota di Arizona State University di Tempe, yang tidak mengembangkan teknologi ini tetapi mempelajari bagaimana teknologi tersebut dapat digunakan di lingkungan perkotaan.

Bahan-bahan tersebut tidak hanya dapat membantu mendinginkan bangunan sehingga mengurangi kebutuhan akan AC, tetapi juga dapat mendinginkan udara luar. "Jika suatu permukaan selalu lebih dingin dari udara, maka permukaan tersebut selalu mengeluarkan panas dari udara saat udara mengalir di atasnya," kata Sailor. "Jadi hal ini secara aktif mendinginkan suasana perkotaan," imbuh dia.

Material superdingin pertama dirancang pada tahun 2014 ketika Aaswath Raman, seorang ilmuwan material yang sekarang di Universitas California, Los Angeles, sedang melakukan penelitian di Universitas Stanford, juga di California. Dia dan rekan-rekannya menciptakan permukaan pendingin yang sangat reflektif pada panjang gelombang tampak di mana puncak radiasi Matahari, dan memancarkan emisi pada inframerah tengah.

Yang terakhir adalah kuncinya. Atmosfer memerangkap sebagian besar radiasi inframerah yang dipancarkan sebagai panas oleh benda-benda di permukaan Bumi. Namun pita inframerah tertentu, dengan panjang gelombang 8-13 mikrometer, melewati atmosfer dan menghilang ke angkasa. Bahan-bahan yang sangat dingin memanfaatkan jendela inframerah itu.

Dipasang di atap, teknologi Raman, yang terbuat dari tujuh lapisan silikon dioksida dan hafnium dioksida bergantian, bisa bertahan 5 derajat Celsius lebih dingin dibandingkan suhu udara sekitar.

Sejak penemuan ini, penggunaan material ini lapangan melonjak. Di laboratorium bahkan telah dibuat material superdingin dalam bentuk plastik, logam, cat, dan bahkan kayu. Dan para ilmuwan pun terus mengembangkannya lebih jauh.

Dalam penelitiannya sendiri, Raman sendiri telah berpindah dari material superdingin ke kategori yang disebut material dingin, yang biasanya direkayasa untuk mencerminkan sebagian besar radiasi Matahari yang terjadi, namun tidak harus dirancang untuk memancarkan sebagian besar radiasi termalnya.

"Anda tidak perlu melakukan hal mewah ini dengan inframerah, Anda hanya perlu membuatnya benar-benar memantulkan sinar Matahari," kata dia. "Itu terjadi karena sebagian besar material masih akan memancarkan panas di seluruh spektrum inframerah dan akan mencapai suhu sedikit di bawah suhu udara sekitar jika cukup reflektif," imbuh Raman. ils/I-1