“Apakah bagian terburuk dari musim dingin? Menyekop salju terus-menerus? Angin yang menusuk wajah Anda?” Beberapa orang mungkin mengatakan musuh sejati adalah es, yang menyebabkan tergelincir dan jatuh, membuat mobil meluncur, dan menunda penerbangan. Para insinyur di Chicago telah menjadikan misi mereka untuk lebih memahami dasar-dasar es dan, yang lebih baik, bagaimana cara menghilangkannya.
Penelitian terbaru mereka, yang dipublikasikan dalam jurnal Materials Horizons, mengungkapkan bahwa sementara air membeku, bahkan jumlah kontaminan yang kecil secara dramatis mengurangi kecenderungannya untuk melekat pada permukaan.
Penemuan ini suatu hari nanti bisa mengarah pada garam penghilang es yang kurang merusak – yang mengkorosi logam dan infrastruktur serta merugikan lingkungan – atau membuka jalan untuk agen peleleh alternatif.
Para peneliti telah mempelajari cara es melekat pada permukaan untuk waktu yang lama, meskipun penelitian mereka hampir selalu fokus pada es murni, kata Sushant Anand, seorang insinyur mesin di University of Illinois Chicago yang memimpin studi tersebut.
“Tapi air tidak murni di jalan atau di lautan,” katanya. “Dan ketika air ini membeku di permukaan, maka air membentuk es yang memiliki semua kontaminan di dalamnya.”
Untuk mempelajari bagaimana es “kotor” melekat pada permukaan, Dr. Anand dan rekan-rekannya mencampur air murni dengan konsentrasi garam dapur, sabun, atau alkohol yang bervariasi. Mereka kemudian meneteskan air yang terkontaminasi tersebut di permukaan yang terbuat dari tembaga, kaca, atau silikon, dan mengukur seberapa besar kekuatan yang dibutuhkan untuk melepaskan tetes air setelah mereka membeku.
Semua kontaminan melemahkan kekuatan cengkeraman es, tetapi garam dan alkohol melakukan pekerjaan yang paling baik. (Mungkin keefektifan garam tidak begitu mengejutkan: Ini banyak digunakan untuk meluruhkan salju di trotoar dan jalan.) Yang mengejutkan tim adalah seberapa banyak kontaminan mengurangi kekecepatan es – dari 100 hingga 1,000 kali, kata Dr. Anand.
Secara umum, mengurangi lengketnya es adalah sulit, dan peneliti mengembangkan teknik canggih untuk melakukannya. Tetapi tim berhasil mencapai tujuan ini hanya dengan kotoran umum.
“Saya tidak benar-benar ingin percaya dengan hasilnya,” kata Dr. Anand. “Jadi kami benar-benar menghabiskan tiga atau empat tahun mengulang eksperimen agar kami bisa mengatakan dengan keyakinan bahwa apa yang kami lihat adalah akurat.”
Chang-Hwan Choi, seorang insinyur mesin di Stevens Institute of Technology di New Jersey yang mengedit buku tentang lengketnya es, mengatakan hasilnya “sangat tepat waktu, dan akan membuka jalan baru untuk penelitian di area ini.” Sedikit informasi yang telah dipublikasikan tentang es yang terkontaminasi, tambah Dr. Choi, yang tidak terlibat dalam penelitian baru tersebut.
Simulasi yang dipimpin oleh Subramanian Sankaranarayanan, seorang insinyur kimia di Argonne National Laboratory di Illinois dan seorang penulis studi tersebut, memberikan wawasan tim tentang apa yang terjadi pada tingkat molekul.
Saat es terbentuk, partikel garam didorong ke tepi tetes dan ke lapisan semiliquid di antara tetes dan permukaan yang melekat kepadanya. Keberadaan garam membuat lapisan tersebut mengental, sehingga lebih mudah melepaskan es.
Data ini pada akhirnya bisa menjadi dasar untuk jalan anti-es dan panel surya, atau untuk lapisan anti-es yang lebih baik untuk kabel listrik dan sayap pesawat, kata Dr. Choi. Temuan tersebut bahkan mungkin mengarah pada metode membuat air laut dapat diminum dengan mendesalinasi air melalui pembekuan.
Tetapi akan membutuhkan banyak kerja untuk sampai ke sana, karena hasil dari penelitian ini tidak bisa digeneralisasikan untuk semua kotoran alam, kata Dr. Choi. Dia menambahkan bahwa ada banyak kontaminan lain yang perlu dipertimbangkan – seperti bakteri, minyak, dan kotoran – serta semua jenis permukaan yang melekat es di dunia nyata.
Jadi apa yang kita buat dari semua lumpur bercampur salju yang sudah berhari-hari di jalanan musim dingin ini? Jawabannya masih belum jelas.”
“Kontaminan seperti garam telah dikenal menyebabkan penundaan pembekuan,” kata Dr. Anand. “Apakah kontaminan yang tidak larut seperti kotoran bisa melakukan hal yang sama belum dapat dikatakan sekarang.”