Ini adalah salah satu pertanyaan ilmiah yang sangat sederhana, sangat mendasar, sehingga sulit dipercaya bahwa kita belum mempunyai jawabannya—sampai saat ini: Seperti apa bentuk air saat terbentuk? Dari lautan hingga genangan air, kita tahu apa hasil akhirnya, tapi tak seorang pun pernah melihat lahirnya molekul air baru. Seperti kata pepatah, air, air, dimana-mana, tapi bagaimana sebenarnya terbentuknya sangat misterius, hingga membuat kita ingin minum.
Hal itu berubah berkat kerja keras para insinyur di Northwestern University. Dengan menggunakan metode baru untuk menganalisis molekul gas, mereka dapat mengamati pembentukan air pada skala terkecil yang pernah tercatat. Mereka tidak hanya menyaksikan bentuk tetesan air yang sangat kecil dan sangat kecil, namun mereka juga mengatakan bahwa eksperimen mereka dapat mempunyai dampak yang sangat besar, baik di Bumi maupun di planet lain.
Paladium adalah logam yang menarik karena kemampuannya menyerap hidrogen dalam jumlah besar. Meskipun beberapa reaksi kimia memerlukan lingkungan yang dikalibrasi dengan cermat, paladium mampu melakukan hal ini pada suhu kamar dan tekanan atmosfer normal. Namun alasan mengapa hal tersebut masih “sulit dipahami,” tulis para insinyur dalam penelitian mereka.
“Ini adalah fenomena yang diketahui, namun tidak pernah sepenuhnya dipahami,” kata Yukun Liu, kandidat PhD yang mengerjakan penelitian ini, dalam sebuah pernyataan. “Karena Anda benar-benar harus mampu menggabungkan visualisasi langsung pembangkitan air dan analisis struktur pada skala atom untuk mengetahui apa yang terjadi pada reaksi dan bagaimana mengoptimalkannya.”
Pada bulan Januari, profesor Northwestern Vinayak Dravid meluncurkan teknik baru untuk mengamati atom, menggunakan membran yang menampung molekul gas, yang kemudian dapat diperiksa di bawah mikroskop elektron yang kuat. Metode baru ini memungkinkan molekul terlihat pada resolusi 0,102 nanometer, kira-kira sama dengan ukuran molekul terkecil.
“Kami pikir ini mungkin gelembung terkecil yang pernah terbentuk jika dilihat secara langsung. Bukan itu yang kami harapkan. Untungnya, kami merekamnya, jadi kami bisa membuktikan kepada orang lain bahwa kami tidak gila.”
Dalam jurnal PNAS, Liu, Dravid, dan rekan mereka menjelaskan bagaimana mereka menggunakan teknik ini untuk mengamati molekul hidrogen memasuki paladium. Secara real time, mereka melihat gelembung air kecil terbentuk di permukaan paladium.
“Kami pikir ini mungkin gelembung terkecil yang pernah terbentuk jika dilihat secara langsung,” kata Liu. “Bukan itu yang kami harapkan. Untungnya, kami merekamnya, jadi kami bisa membuktikan kepada orang lain bahwa kami tidak gila.”
Caranya mirip dengan karakter Matt Damon di Orang Mars membakar bahan bakar roket untuk mengekstrak hidrogen, dan menambahkan oksigen untuk menghasilkan air, kata Dravid. “Proses kami serupa, hanya saja kami mengabaikan kebutuhan akan kebakaran dan kondisi ekstrem lainnya,” tambahnya. “Kami hanya mencampurkan paladium dan gas.”
Untuk memastikan bahwa mereka mengamati air, mereka mengukur energi yang hilang dari hamburan elektron selama proses tersebut. Hasilnya identik dengan apa yang ditemukan dalam proses ikatan oksigen di air.
Karena mereka dapat melihat apa yang terjadi dalam skala yang sangat kecil, para insinyur dapat mulai memahami prosesnya, mendapatkan gambaran yang lebih tepat tentang kondisi yang diperlukan paladium untuk menghasilkan air. Mereka menemukan bahwa paparan logam terhadap oksigen sebelum hidrogen memperlambat laju reaksi, sedangkan kebalikannya terjadi ketika hidrogen ditambahkan terlebih dahulu.
Realisasi ini dapat membantu mendorong proyek-proyek pembangkitan air di masa depan, baik yang ditujukan untuk mengalirkan air ke wilayah kering di bumi, luar angkasa, atau bahkan ke planet lain. Bagian terbaiknya adalah, proses ini tidak mengubah susunan molekul paladium, artinya bagian yang sama dapat digunakan berulang kali.
“Palladium mungkin terlihat mahal, namun dapat didaur ulang,” kata Liu. “Proses kami tidak menghabiskannya. Satu-satunya yang dikonsumsi hanyalah gas, dan hidrogen adalah gas paling melimpah di alam semesta. Setelah reaksi terjadi, kita dapat menggunakan kembali platform paladium berulang kali.”
Ini adalah berita bagus, karena air sangat diperlukan untuk pangkalan awak di Bulan, atau misi ke Mars. Ini adalah kabar baik bagi Matt Damon, yang terkenal memiliki kebiasaan buruk terjebak di planet yang tidak ramah.